花生根瘤中动态三维染色质组织与基因表达的表观遗传调控机制研究

本研究首次通过高通量染色体构象捕获技术(Hi-C)绘制了花生根瘤高分辨率(40 kb)三维基因组图谱，揭示了约2%染色质区域从抑制态(B区)向激活态(A区)的转变，发现拓扑关联域(TADs)重组和增强的顺式相互作用调控结瘤相关基因表达。结合ATAC-seq、组蛋白修饰和DNA甲基化多组学分析，鉴定出25 863个根和14 703个根瘤开放染色质区域(OCRs)，发现H3K27me3修饰介导的染色质环调控结瘤起始基因NIN表达，并验证了新型结瘤正调控因子AhMsrA的功能，为豆科植物共生固氮的染色质结构基础提供全新认知。

　　

基因组三维结构与根瘤发育的关联机制

通过高通量染色体构象捕获技术(Hi-C)构建花生根与根瘤40 kb分辨率三维基因组图谱，发现根瘤中2%染色质区域发生区室转换，1,573个TADs发生融合重组。比较分析显示根瘤特异性TADs边界富含WRKY转录因子结合位点，且与氮代谢、光信号转导等通路基因显著相关。

染色质可及性与表观修饰的动态特征

ATAC-seq鉴定出根瘤特异性开放染色质区域(OCRs)8,105个，其中17.4%为基因邻近的局部OCRs(LoOCRs)。组蛋白修饰分析揭示H3K4me3和H3K9ac在根瘤高表达基因启动子区显著富集，而H3K27me3在根优势基因中更活跃。DNA甲基化数据显示CG和CHH类型甲基化在根瘤中整体降低。

关键染色质环的调控功能

鉴定出33,768个根瘤染色质相互作用，包括9,194个顺式相互作用。特别发现H3K27me3修饰介导的染色质环消失调控结瘤起始基因NIN的表达。3C-qPCR验证了根与根瘤中NIN位点染色质构象差异，证实三维结构变化与基因激活直接相关。

新型结瘤调控因子AhMsrA的发现

从1,277个根瘤特异性环相关差异表达基因中筛选出71个候选基因。功能验证显示甲硫氨酸亚砜还原酶基因AhMsrA过表达使根瘤数量增加89.5%，而CRISPR敲除导致结瘤减少39.3%。该基因通过调控CCamK、NIN等共生标记基因表达参与结瘤过程。

增强子-基因远程互作网络

鉴定4,533个根瘤特异性增强子，其中1,380个H3K9ac修饰增强子与266个靶基因形成互作。这些基因显著富集于SNARE囊泡运输和异黄酮合成通路，包含ARR家族转录因子和豆血红蛋白基因等关键调控元件。

该研究系统解析了染色质三维重组与表观修饰协同调控豆科植物共生固氮的分子机制，为作物氮高效利用提供了新的理论框架。多组学整合分析策略也为植物器官发育的染色质结构研究建立了范式。