作物表观遗传研究与应用创新团队针对作物关键性状形成的分子基础问题，围绕作物关键性状形成的基因表达调控表观遗传学分子基础等研究方向，主要开展表观功能基因组学研究工作。相关研究成果以通讯作者（含共同通讯作者）在 Nucleic Acids Res, Trends in Genetics, Trends in Plant Science，Plant Physiology等期刊发表SCI论文6篇，授权国家发明专利3项、参编农业年鉴1章。
团队负责人： 杨东雷 教授
一、 研究进展
首次利用S1核酸酶切割单链DNA结合末端标记和测序方法（ISS1-seq），在全基因组水平表征了水稻ssDNA，发现ssDNA与多种非B型DNA结构和功能基因组位点相关，并具有独特的表观遗传特征。ssDNA可能独立或与非B型DNA结构、功能基因组位点及表观修饰一起共同调控基因转录。此外，ssDNA对水稻基因组中不同类型转座子（TEs）的活性和进化具有不同的影响。该研究为在全基因组水平鉴定ssDNA及其功能分析提供了一种新的组学方法，为进一步探究植物ssDNA及其生物学功能提供了新的研究思路。相关研究结果发表于著名国际期刊Plant Physiology。
利用iM-IP-seq方法，从全基因组水平，较为系统地解析了水稻基因组DNA甲基化水平和pH条件影响iMs结构形成的复杂关系。该研究首先利用iM-IP-seq方法，绘制了pH 5.5及pH 7.0 条件下水稻基因组iMs分布图谱。分别鉴定了33,455个pH 5.5和55,062个pH 7.0 特异的iMs位点。基因组分布结果显示，pH 7.0 特异的iMs位点主要分布于5’UTRs、基因间区、基因下游区域及内含子区域；相比之下，pH 5.5特异的iMs位点主要分布在外显子区域。DNA甲基化水平的分析结果表明，pH 7.0 特异的iMs呈现出较高的甲基化修饰水平，与pH 5.5特异的iMs甲基化修饰水平明显相反。这一结果暗示，DNA甲基化水平可能是影响不同pH条件下iMs形成的关键因素之一。进一步结合全基因组高低DNA甲基化的iM-IP-seq，发现DNA甲基化水平降低对pH 7.0条件下iMs形成的影响要大于pH 5.5；而DNA甲基化水平升高则更不利于pH 5.5条件下iMs的形成。重要的是，我们发现只有一定程度的甲基化水平有于不同pH依赖的iMs的形成，过高或过低的甲基化水平均不利于iMs的形成。最后，分析结果表明，在pH5.5和7.0条件下，CG-hypo-DMRs和CHH-hyper-DMRs单独或与CG/CHG-hyper-DMRs协同的作用，共同影响iMs的形成。本研究首次在全基因组水平，较为系统地研究了DNA甲基化和pH条件影响iMs形成的复杂关系，一方面初步阐明了细胞正常生理条件下形成iMs的可能分子机制，同时促进了水稻iMs生物学功能的研究及其潜在的应用价值。相关研究结果发表于著名国际期刊 “核酸研究 (Nucleic Acids Res) ”。
较系统地总结了现有鉴定DNA i-motif结构的实验方法，特别是高通量组学研究方法；详细阐述了影响i-motif结构的形成和稳定因素以及不同因素间的协同作用，总结了i-motif结构的生物学功能，并展望了其未来的研究方向。相关综述发表在著名国际综述性期刊 “Trends in Genetics ”，以及著名国际植物综述性期刊 “Trends in Plant Science.”各1篇。
二、科研产出
1. 发表SCI论文
[1]. Peng, Y.L., Zhao, P.T., Li, Z.G., Mu, N., Tao, S.T., Feng, Y.L., Cheng, X.J., and Zhang, W.L. (2024). Genome-wide characterization of single-stranded DNA in rice. Plant Physiol, 196, 1268-1283.
[2]. Tao, S.T., Run, Y.H., Monchaud, D., and Zhang, W.L. (2024). i-Motif DNA: identification, formation, and cellular functions. Trends Genet, 40, 853-867.
[3]. Huang, R.R., Zhu, Q.Q., Tao, S.T., Gao, J.J., Shi, Y.N., Feng, Y.L., Ahmed. A., Zhang, W.L., and Cheng, X.J. (2024). Genome-wide characterization of fragile and resistant nucleosomes in response to cold stress in maize. Environ Exp Bot, 222, 105760.
[4]. Zhao, P.T., Feng, Y.L., Jiang, P., and Zhang, W.L. (2024). Identification and functional characterization of i-motifs in plants. Trends Plant Sci, 29, 495-496.
[5]. Feng, Y.L., Ma, X., Yang, Y., Tao, S.T., Ahmed, A., Gong, Z.Y., Cheng, X.J., and Zhang, W.L. (2024). The roles of DNA methylation on pH dependent i-motif (iM) formation in rice. Nucleic Acid Res, 52, 1243-1257.
[6]. Huang, R.R., Feng, Y.L., Gao, Z.C., Ahmed, A., and Zhang, W.L. (2024). The epigenomic features and potential functions of PEG- and PDS- favorable DNA G-quadruplexes in rice. Int J Mol Sci, 25, 634.
2. 获批专利
[1]. 中国春小麦中受白粉菌强诱导的增强子及其应用。授权专利号：ZL202310112300.8，完成人：张文利；佘林威；郑东洋；冯逸龙；杨滢；史依宁；程雪姣，公告日：2024年2月2日；
[2]. 一种在植物正常生理条件下鉴定全基因组DNA鸟嘌呤四联体位点的方法。授权专利号：ZL202111470420.2，完成人：张文利；田瑞平；史依宁；冯逸龙；罗振宇；马星；杨莹；韩琪，公告日：2024年5月3日；
[3]. 小麦内源白粉菌抗性基因及其应用。授权专利号：ZL202311522838.2，完成人：张文利；佘林威；郑东洋；江鹏；闰永行；陶申童；程雪姣，公告日：2024年10月25日；
