表观遗传调控在基因表达精准调控和复杂性状形成中具有关键作用。普通小麦（Triticum aestivum）作为全球最重要的粮食作物之一，起源于小麦属（Triticum）与山羊草属（Aegilops）间物种的多次多倍化和驯化事件，最终形成具有A、B和D三个亚基因组的异源六倍体物种。然而，普通小麦在物种形成过程中，表观基因组如何通过动态重塑以协调亚基因组间基因表达平衡、塑造关键农艺性状并推动适应性进化，仍有待系统解析。
2025年9月5日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组在
Plant Physiology期刊在线发表了题为
Reshaping epigenomic landscapes facilitated bread wheat speciation的研究论文（
https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf399），该研究构建了普通小麦及其二倍体和四倍体近缘物种的表观基因组图谱，系统揭示了表观基因组景观的重塑在普通小麦物种形成中的关键作用。
研究团队整合RNA-seq、CUT&Tag和ATAC-seq技术，对乌拉尔图小麦（T. urartu, AA）、粗山羊草（Ae. tauschii, DD）、野生二粒小麦（T. dicoccoides, AABB）、硬粒小麦（T. durum, AABB）及普通小麦（AABBDD）的叶、穗、根组织的叶片、穗子和根组织进行了多组学分析。通过检测H3K4me3、H3K27ac、H3K27me3、H3K36me3和H2A.Z等组蛋白修饰以及染色质可及性，研究建立了高分辨率表观基因组与转录组图谱。
研究发现，在小麦六倍化过程中，来源于粗山羊草DD亚基因组中原本显性表达的基因，其活跃组蛋白修饰（如H3K27ac和H3K4me3）水平显著降低，表达量趋于与A、B亚基因组同源基因平衡，表明多倍化诱导的表观修饰变化有助于维持基因组稳定性。进一步分析显示，该表达收敛现象与基因体区域染色质状态的保守性密切相关，凸显了表观遗传调控在亚基因组协调中的关键作用。
研究还系统鉴定了由H3K27ac和H3K4me3标记的远端顺式调控元件（dCRE）在小麦物种形成过程中的动态，发现其显著富集于数量性状位点（QTL）和表达数量性状位点（eQTL）。并且这些dCRE中的序列变异变异直接影响其调控活性，进而贡献于表型的多样性。例如：穗粒数关键调控基因TaDEP-B1的远端调控区存在两种单倍型（Hap1和Hap2），其中Hap1单倍型具有更强的激活能力，能够显著增强TaDEP-B1表达并提高穗粒数，为小麦产量遗传改良提供了潜在靶点。
在转录调控层面，研究揭示了表观修饰和DNA序列变异共同驱动转录因子和其结合位点的协同进化。例如，研究发现六倍体小麦中ERF家族转录因子结合位点显著扩张，且基因表达量也同步上升，这有助于形成协同表达的调控网络。功能验证表明，ERF家族成员中WFZP可通过结合TaSPL14-A1启动子中的开放染色质区域，激活其表达，进而调控六倍体小麦的穗发育过程。
中国科学院遗传发育所肖军研究员为论文通讯作者，遗传发育所在读博士生张召衡，助理研究员林学磊为该论文共同第一作者，河北师范大学在读博士生岳晶晶，遗传发育所已毕业博士徐永欣，中国农业大学已毕业博士苗凌峰，河北师范大学汤文强教授，中国农业大学郭伟龙教授也参与了该课题研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金杰出青年项目和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的资助。
六倍体小麦物种形成过程中的转录和表观调控动态变化
