近日，国际学术期刊Nature Communications在线报道了华中农业大学李兴旺教授和李国亮教授团队合作完成的题为“Integrative analysis of reference epigenomes in 20 rice varieties”的研究论文。文章全面系统地描绘了20个水稻品种的表观基因组图谱，注释了覆盖水稻基因组82%的功能性DNA元件，作为水稻ENCODE计划的重要组成部分，与该团队2019年发表水稻高分辨三维基因组图谱(https://rdcu.be/b4rup)后一起，立体地呈现了水稻多层级的基因组结构特征及其参与基因转录调控等生命过程的潜在机理(从一维表观基因组到3D基因组结构)。

研究者首先开发了一种快速和高效的ChIP-Seq实验方法(eChIP-Seq)。和植物常用的ChIP-seq方法相比，eChIP-Seq的总体效率提升至少几十倍以上，可用于鉴定水稻、拟南芥、玉米和甘蓝型油菜等植物少量样品的组蛋白翻译后修饰和转录因子全基因组结合位点。

该研究产生了多达500多套组学数据，覆盖20个有代表性的水稻品种及其多个组织，包括58个基因表达数据(RNA-Seq)，32个全基因组DNA甲基化图谱(BS-Seq)，354个各种组蛋白修饰数据(eChIP-Seq)，58个全基因组开放染色质区域图谱(FAIRE-Seq)，基于这些数据的整合性分析，作者从水稻表观基因组图谱定义了15种染色质状态。另外，通过ChIP-reChIP实验，鉴定了一种新的H3K9me2/H3K4me1二价染色质状态。该染色质状态普遍存在于基因内含子上，相关基因的表达量较低而且富集Copia转座子，但其潜在的生物学功能有待深入研究。

研究者定义了活跃启动子的染色质特征和区域：即开放染色质区域与H3K4me3修饰区域，大约为转录起始位点上游500 bp到下游1 kb，为启动子的核心功能区域。结合水稻高分辨三维基因组图谱分析，研究者发现水稻中存在大量的具有增强子活性的启动子(enhancer-like promoters)，揭示了启动子不仅调控相邻基因的表达，还可以作为增强子，通过染色质远程相互作用，调控远端与其互作基因的表达。

通过对20个水稻品种间的表观基因组图谱比较分析，发现异染色质区域容易发生表观修饰变异。同时，该研究注释了籼稻和粳稻之间重要的表观差异区域，这些结果为研究水稻品种分化和环境适应性的提供了独特的视角和重要的数据。

该研究全面概述了水稻的表观基因组图谱，启动子染色质特征，enhancer-like promoters和不同组织中的表观基因组动态变化模式以及遗传变异对这些水稻表观基因组图谱的影响。该研究这些数据为全面解析水稻基因组提供重要的资源。

华中农业大学李兴旺教授和李国亮教授为通讯作者，博士后赵伦，博士生谢亮和章清为文章共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金，华中农业大学和作物遗传改良国家重点实验室自主课题的支持。