近日，南京农业大学张天奇团队在The Plant Journal在线发表了题为Chromatin accessibility analysis reveals functional cis-regulatory regions related to fruit development and domestication in tomato的研究论文。该研究通过建立细胞核分离技术体系，系统解析了果实发育进程中的可及染色质区域（cis-ACRs），为果实功能元件的发掘和分子设计育种提供了重要理论依据。
团队利用建立的ATAC-seq技术体系，对栽培番茄从开花前7天至授粉后10天6个关键发育阶段果实进行测序（图1a、b），cis-ACRs在果实发育早期、授粉期和授粉后表现出显著的可及性差异（图1c），分析显示cis-ACRs广泛参与番茄的发育调控（图1d、e），表明cis-ACRs的系统发掘为解析番茄果实发育调控的分子机制提供了关键线索。
图1 栽培番茄在6个发育时期ATAC-seq染色质可及性分析
研究发现，超60%的基因座位含有多个cis-ACRs，这些元件在不同发育阶段呈现同步或非同步变化的趋势。结合烟草瞬时表达、RNA-seq和原位杂交等实验，研究发现cis-ACRs的动态变化与相关基因的表达趋势存在一致性，为解析基因表达调控的分子机制提供了重要依据。
研究团队对野生番茄对应的6个发育时期果实进行了ATAC-seq，并与栽培番茄进行联合分析。结果显示，栽培番茄中特有的cis-ACRs类群中近20%与结构变异（SV）重叠（图2a、b、c），包括SlFUL2、SlOFP2等功能基因（图2d、e）。研究分析表明，SV造成的序列差异可能影响转录因子结合位点，从而改变基因表达水平，这为解析作物驯化过程中性状形成机制提供了新视角。
图2 野生番茄和栽培番茄cis-ACRs与结构变异分析
研究利用基因编辑对鉴定到的部分cis-ACRs进行功能研究，发现MBP3内含子中cis-ACR Sl_47597的敲除导致果重降低、果形变长且可溶性固形物含量增加，烟草LUC实验和基因表达检测显示Sl_47597的缺失降低了MBP3的表达水平，揭示了MBP3在果实发育中的多重功能，也凸显了cis-ACR在分子设计育种和新种质创制中的应用潜力。
南京农业大学园艺学院青年教师程颖娟和研究生张瑜为共同第一作者，张天奇教授和程颖娟为共同通讯作者，钟山青年研究员常忠原、蒋芳玲教授、吴震教授、薛佳宇副教授以及上海市农业科学院张迎迎研究员等参与了该研究。研究得到江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费、江苏省双创博士和国家重点研发计划等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70416
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