广东
近日，广西大学农学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室及广西甘蔗生物育种实验室徐秋涛教授与张积森教授团队应邀在Cell子刊Trends in Biotechnology（5-year IF：17.2）发表了题为“Epigenetic Editing for Next-Generation Climate-Smart Crops”的观点性文章。该研究系统梳理了植物表观基因组编辑技术的最新进展，创新性提出“染色质编程（chromatin programming）”整合性概念框架，并进一步探讨了人工智能（AI）辅助染色质建模在气候适应型作物预测与设计中的潜力与挑战。 这一框架将植物表观遗传研究从“解析调控机制、发现表观规律”推向“可编程设计与育种应用”，为下一代精准育种提供了新的理论依据与技术路径。广西大学为该论文第一完成单位，广西大学农学院博士生郁显运为第一作者，徐秋涛教授与张积森教授为共同通讯作者。
在本文中，作者首先区分了传统基因编辑（CRISPR-Cas9）与表观基因组编辑在调控层上的本质不同：前者通过永久改变DNA序列实现基因敲除或修饰，而后者利用dCas9融合多种染色质修饰酶，在不改变DNA序列的前提下实现基因表达的可编程、可逆调控。基于此，作者提出了“染色质编程” 这一整合性框架，将其定义为通过靶向染色质修饰、调控状态优化与表观记忆动态的整合，建立、维持并优化与作物适应性性状相关的功能性染色质状态。
进一步，作者系统梳理了当前植物表观基因组编辑的多层次策略。在DNA甲基化编辑层面，通过dCas9融合甲基转移酶或去甲基化酶，已成功在拟南芥、水稻、菊花等作物中实现了开花期、株高、花色等性状的可编程调控与跨代遗传。在组蛋白修饰层面，靶向H3K27ac、H3K4me3、H3K27me3等修饰已被证明可调控植物干旱耐受性、热胁迫记忆以及发育模式。尤其值得注意的是，作者特别强调了代谢耦合的染色质酰基化修饰（如巴豆酰化、乳酰化）这一新兴领域，指出植物代谢状态可作为内源性输入信号参与染色质编程，拓展了表观遗传修饰的底物来源与调控层次。
Figure 1 Programmable chromatin engineering for epigenetic crop design
本文的核心亮点之一，是明确区分DNA甲基化编辑与组蛋白修饰编辑在遗传稳定性和动态可塑性方面的差异。DNA甲基化编辑在特定基因组环境下，例如强化RdDM通路，有望形成跨代稳定的表观等位基因，为非DNA序列改变的作物性状改良提供潜在路径；相比之下，组蛋白修饰编辑通常具有更强的动态性和可逆性，难以通过减数分裂稳定遗传，因此更适合用于环境响应型和发育阶段特异性的精准调控。这一区分有助于厘清不同表观编辑策略的适用边界，并为表观遗传技术从基础研究工具走向作物精准设计和育种应用提供理论依据。
此外，针对多倍体作物（如甘蔗、小麦）中基因冗余、等位基因剂量效应及编辑效率等挑战，作者系统梳理了当前瓶颈，并展望了未来发展方向。一方面，可编程表观遗传回路（如受FLC春化记忆启发的环境响应型开关）有望实现基因表达的时空动态调控；另一方面，作者将AI辅助的表观基因组建模定位为未来预测性染色质工程的重要工具。尽管目前仍受到因训练数据不足和染色质上下文依赖性等因素限制，但深度学习在调控元件识别和基因表达预测方面的快速发展，为从“编辑一个位点”走向“预测并设计一个染色质状态”提供了新的可能。
Figure 2 From epigenetic editing toward predictive chromatin programming for climate-resilient crop design
综上所述，该论文构建了从可编程表观修饰、表观遗传调控，到预测性染色质工程和作物性状设计的概念桥梁。其意义不仅在于深化对植物表观可塑性、环境记忆和发育调控机制的认识，更在于推动表观遗传研究从过去以“解释生物学现象”为主的基础理论研究，逐步迈向以“设计和调控作物性状”为目标的应用研究。通过将表观遗传调控与代谢状态、环境信号、AI预测以及精准育种相结合，该框架为未来构建动态、可逆、多位点协同的气候智能作物提供了新的理论基础和技术路线。
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