通过多组学整合揭示海洋浮游植物温度驯化的表观基因组调控

温度在海洋浮游植物的生物地理动态、生理过程和基因表达中发挥着核心作用。尽管如此，控制海洋浮游植物温度驯化的转录调控机制尚未得到表征。由于其细胞和基因组结构简单，以及其在绿色谱系中的进化位置，小球藻属物种 Ostreococcus tauri 被选作绿色海洋浮游植物的模式物种。在本研究中，整合表观基因组学和转录组学数据，以表征温度诱导的组蛋白3第27位和第4位赖氨酸三甲基化（分别为 H3K27me3 和 H3K4me3）表观遗传标记的变化，这两种标记分别由多梳蛋白复合体（PcG）和 Trithorax 蛋白家族复合体（TrxG）建立。研究发现，H3K27me3 是一种响应温度的抑制性标记，在高温条件下其水平主要表现为显著升高。而 H3K4me3 与活跃转录相关，在驯化于不同温度的培养物中呈现出较不明显的变化。研究还发现，H3K27me3 与转座元件仅呈边缘性关联，而主要参与对特定生物过程的抑制，例如转录因子介导的基因表达调控、减数分裂、马达蛋白以及细胞骨架结构。拟南芥（Arabidopsis thaliana）与 Ostreococcus tauri 之间的 H3K27me3 靶基因未发现显著保守性。尽管如此，属于 MADS-box、WRKY 和 AP2 家族的转录因子在这两个物种中均持续受到 H3K27me3 的抑制，这表明，尽管这一表观遗传标记的特异性下游靶标在进化过程中已发生分化，但其调节高阶调控节点的作用在进化上仍然是保守的。

温度在海洋浮游植物的生物地理动态、生理过程和基因表达中发挥着核心作用。然而，控制海洋浮游植物温度驯化的转录调控机制迄今尚未得到表征。由于其细胞和基因组的简约性，以及其在绿色谱系中的进化地位，Ostreococcus tauri 被选作绿色海洋浮游植物的模式物种。在本研究中，整合了表观基因组学和转录组学数据，以表征温度诱导的组蛋白3第27位和第4位赖氨酸三甲基化（分别为 H3K27me3 和 H3K4me3）表观遗传标记的变化，这些标记分别由 Polycomb（PcG）复合体和 Trithorax group（TrxG）复合体建立。

研究发现，H3K27me3 是一种响应温度的抑制性标记，在高温条件下其水平总体上显著升高。相比之下，H3K4me3 与活跃转录相关，在驯化于不同温度的培养物中其变化不甚明显。H3K27me3 与转座元件仅呈边缘性关联，而主要参与抑制特定生物过程，例如转录因子介导的基因表达调控、减数分裂、马达蛋白以及细胞骨架结构。模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）与 Ostreococcus tauri 之间，H3K27me3 的基因靶标未发现显著保守性。尽管如此，属于 MADS-box、WRKY 和 AP2 家族的转录因子在这两种物种中均持续受到 H3K27me3 的抑制，这表明，尽管这一表观遗传标记的具体下游靶标在进化过程中已发生分化，但其在调节高阶调控节点中的作用仍具有进化保守性。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.19.745701v1?rss=1

🏷️ 多组学整合 表观基因组调控 温度驯化 海洋浮游植物 H3K27me3 转录组学