【摘 要】
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氮是植物中的必需营养元素之一,其被证实可以作为信号分子调控生理活动,例如调节根系的形状、促进成花诱导、解除种子休眠。氮素的吸收与利用对粮食作物的产量也具有重要的影响,而传统的依靠大量施肥的作物增产方法却会引起氮素利用率低、环境恶化等一系列影响。水稻是氮肥使用量最多的粮食作物之一,掌握水稻中氮响应调控机制对粮食安全是必要的且具有重要的意义。本研究获取了水稻根部氮处理的时间序列RNA-seq与ATAC
【基金项目】
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国家重点研发计划（2016YFD0100803）； 国家自然科学基金（31771755,31571375）； 中央高校基本科研业务专项基金（2662016PY065）；
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氮是植物中的必需营养元素之一,其被证实可以作为信号分子调控生理活动,例如调节根系的形状、促进成花诱导、解除种子休眠。氮素的吸收与利用对粮食作物的产量也具有重要的影响,而传统的依靠大量施肥的作物增产方法却会引起氮素利用率低、环境恶化等一系列影响。水稻是氮肥使用量最多的粮食作物之一,掌握水稻中氮响应调控机制对粮食安全是必要的且具有重要的意义。本研究获取了水稻根部氮处理的时间序列RNA-seq与ATAC-seq数据,综合多维度信息对水稻氮响应调控机理进行探究,取得如下结论:1.氮响应基因表达量的变化模式呈现级联结构,且绝大部分氮响应基因在水稻恢复供氮2小时内发生显著变化。氮响应基因主要富集于代谢与生物合成等功能基因集。鉴定到74个早期（30 min内）响应氮信号的转录因子,其主要富集ERF、WRKY、LBD三个基因家族,表明了该三种转录因子在氮诱导的基因调控通路中具有重要的地位。2.通过分析水稻根部在恢复供氮后细胞核内染色质开放状态的动态变化过程,发现开放状态变化的染色质区域主要富集于基因的UTR区域,表明UTR区在氮响应中起重要调控功能。染色质开放程度与周围基因表达量的变化呈正相关,并更早展现出变化,表明染色质水平的研究对于理解早期氮响应不可或缺。进一步,我们利用motif富集分析、Footprint分析及卷积神经网络预测等分析方法鉴定到了调控区中富含ERF,MYB、TCP等基因的结合基序以及TCP与Os NADH-GOGAT1基因等调控关系。3.通过计算转录因子表达量与基因的染色质开放状态的相关性,构建了相比于共表达网络更可靠的氮响应调控网络。结果显示,有较高的关联度的Os NIN-like2、Os-LBD37等基因在网络中处于核心位置。通过进一步与拟南芥的调控网络比较,结果表明MYB、LBD等基因的调控作用在物种间存在保守性。
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