CB910900G植物表观遗传调控及其在重要发育过程中的作用机制及结构基础研究.docx

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CB910900G植物表观遗传调控及其在重要发育过程中的作用机制及结构基础研究

项目名称：

植物表观遗传调控及其在重要发育过程中的作用机制及结构基础研究

首席科学家：

邓兴旺北京大学

起止年限：

2012.1至2016.8

依托部门：

教育部中国科学院河北省科技厅北京市科委

一、关键科学问题及研究内容

（一）拟解决的关键科学问题

根据当前国内外植物表观遗传学机制和功能研究取得的进展和未来的发展趋势，本项目拟解决的3个关键科学问题是：

1、植物表观遗传调控的结构基础和分子机制：

结合结构生物学、生物化学、遗传学和分子生物学的手段和方法研究表观遗传调控基因表达和沉默的分子途径、结构基础和作用机制，包括miRNA途径中从miRNA前体加工形成成熟的miRNA过程的调控机制、miRNA效应复合体（RISC）结构、组分和miRNA进入AGO1复合体的调控机制、该复合体在复杂的细胞内环境找到靶标mRNA的机制以及该复合体结构和功能之间的关系；siRNA途径中RNA介导的DNA甲基化途径效应复合体（RITS）关键组分、结构以及结构和功能之间的关系、DNA依赖的RNA聚合酶PolIV/V的转录活性调控和模板识别机制、效应因子通过DNA甲基化影响基因表达的结构和分子机制、PcG介导的基因沉默途径的组分和作用机制、PcG和RNA介导的两个基因沉默途径相互作用的分子机制。

通过对上述表观遗传学基本问题和机制的了解，完善和发展表观遗传学的理论体系。

2、植物细胞分化和发育的表观遗传学机制：

基因的差异表达是细胞分化和发育发生的基础。

构成同一个生物体的不同细胞处于不同分化状态，根本原因是不同细胞中基因表达存在差异。

同一个物种的干细胞与不同分化状态的细胞或处于不同环境条件生长细胞的基因组是完全相同的，但它们基因组的表达差异却很大。

所以，基因表达差异不是由基因组决定的，而是由基因组DNA和与其紧密结合的组蛋白构成的染色质的共价修饰状态即表观基因组（Epigenome）决定。

了解一个物种不同细胞的表观修饰状态以及这种修饰状态与基因表达活性以及与细胞分化和个体发育之间的关系是发育生物学和表观遗传修饰功能的基本问题。

本项申请将在单基因和全基因组水平研究不同类型细胞特异性的表观遗传修饰，包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及组蛋白构成水平差异，这些差异与基因表达和非编码RNA表达差异与细胞分化和发育之间的关系，以及参与细胞分化和重要发育过程控制的重要蛋白（或蛋白复合体）结构和功能之间的关系，从而解析植物细胞分化和发育的表观遗传机制。

3、植物杂种优势形成的表观遗传调控机制：

杂种优势是一个重要的生物学现象和基本的生物学问题，同时也是目前提高作物产量的关键途径。

但对杂种优势的机理还很不清楚，这也严重制约了杂种优势潜力的进一步提高。

杂交种涉及来自两个亲本的基因组之间的相互作用，了解表观遗传学机制在调控杂种优势中的作用有重要的科学意义和应用价值。

另一方面，在解析表观遗传学机制的同时，了解通过表观遗传学机制调控的生物学过程对于进一步理解和认识表观遗传学机制和功能也具有重大意义。

（二）主要研究内容

本项目拟以拟南芥、水稻、玉米等三种植物为研究对象，围绕上述3个关键科学问题，主要开展以下7个方面的研究工作。

在研究内容的布局上，并不是每个研究内容均涵盖三种植物，而是根据研究内容的需要和每个植物的特点及存在的问题，选一到三种植物开展研究。

1、利用生物化学和遗传学手段鉴定植物miRNA和siRNA途径的新组分、调控和作用机制：

鉴定参与miRNA前体加工形成成熟的miRNA过程的组分、研究miRNA效应复合体（RISC）新组分和生物学功能之间关系、miRNA进入AGO1复合体的调控机制以及该复合体在复杂的细胞内环境找到靶标mRNA的机制，从而解析植物miRNA途径的组分、调控和作用机制；鉴定参与siRNA介导的DNA甲基化途径的新组分，研究转录沉默复合体RITS蛋白组成及其在DNA甲基化过程中的功能，了解DNA甲基化与组蛋白修饰之间的关系以及在基因沉默和基因转录调控过程的作用机制。

2、利用结构生物学手段研究RNAi通路的核心蛋白质，进一步揭示RNAi核心生化过程的分子机理：

包括：

1）AGO及其复合物的结构。

AGO是RNA沉默过程中的标志性效应分子，各种小RNA最终都和AGO结合引发特异的基因沉默反应。

AGO还和一大类含GW重复序列的蛋白质互作，介导多种生物效应。

因此AGO及其复合物的三维结构对理解小RNA作用的分子机制有重要意义；2）DCL1及其复合物的结构。

miRNA发生依赖于DCL1对其前体分子中发夹结构的精确切割。

DCL1和HYL1和SERRATE形成复合物。

DCL1如何识别并精确地切割大量不同序列的底物是仍未解决的重大问题；3）在项目组其它成员研究结果的基础上，解析植物特异的表观遗传和RNAi通路中重要相关蛋白的结构，比如RNA聚合酶IVb的大亚基NRPE1、效应分子KTF1和AGO4组成的DNA甲基化蛋白复合体（Heetal.,Cell2009）。

通过以上两项研究进一步全面深入地认识RNA介导基因沉默的结构基础和分子机理。

3、植物体系PcG和RNA介导的基因沉默途径相互作用研究：

PcG介导的基因沉默和RNA介导的基因沉默是多细胞生物中保守的两种基因沉默途径和方式。

以前的结果认为这是两个平行的途径，我们最近的研究结果表明PcG通过特异性地抑制AGO基因家族不同成员的表达来调节不同AGO功能的专化，从而建立起了这两个基因沉默途径的联系。

该项课题将在上述结果的基础上进一步解析PcG使AGO基因沉默的分子机制、不同AGO蛋白功能专化的机制以及不同AGO蛋白参与的基因沉默途径之间的相互作用。

上述结果进一步全面深入地认识植物基因沉默的分子机理。

4、细胞特异性组蛋白修饰的鉴定和组蛋白修饰与细胞分化和发育分子网络研究：

定量地鉴定植物典型类型细胞组蛋白的翻译后修饰（包括甲基化、乙酰化和磷酸化等）的图谱，从而找出细胞特异性的组蛋白修饰特征，解析控制细胞分化的“组蛋白密码”。

建立在细胞精度组蛋白关键修饰类型（甲基化、乙酰化和磷酸化）的蛋白质组学和基因组学研究方法；以野生型材料花原基细胞分化和根毛发生为例，并应用上述两个研究内容得到的影响细胞分化和植物发育的突变体的某一类细胞（根据突变体表型决定细胞类型），在细胞精度解析细胞分化和发育过程中基因组水平基因表达、组蛋白修饰的网络，解析它们之间以及与细胞分化的关系，解析细胞分化的分子网络。

5、植物发育调控的表观遗传学机制研究：

解析组蛋白化学修饰和DNA的甲基化在植物重要发育过程如开花和顶端分生组织分化中的作用。

同时分析上述研究内容1-3得到的影响细胞分化和植物发育的突变体分析表观遗传学机制在植物发育过程中的作用和方式。

另外，验证根据上述蛋白结构解析得出的结构和生物学功能之间的关系和根据结构解析结果做假设并验证。

6、植物杂交种中亲本等位基因差异表达的表观遗传调控机制：

以水稻籼粳亚种间杂交组合、玉米杂交组合和拟南芥野生型杂交组合为材料，选取特定发育时期的组织或器官，通过对杂交种及其亲本不同组织同时进行DNA甲基化谱、组蛋白修饰谱、非编码RNA转录组以及mRNA转录组的深度测定，并结合它们与杂交种中等位基因差异表达之间的相关性分析，在全基因水平上解析杂交种与亲本间基因表达差异的表观遗传调控机制，并通过在不同组织间和物种间的比较，对该表观遗传调控机制的共性和组织或物种特异性进行探讨。

7、表观遗传调控相关基因在杂种优势形成中的作用机制：

以拟南芥为材料，利用DNA甲基化和去甲基化、组蛋白甲基化和去甲基化、组蛋白乙酰化和去乙酰化、以及小RNA产生和作用过程中相关基因突变体（包括上述研究内容1-3得到的新突变体和结构结果）配制杂交组合。

分别以中亲优势和超亲优势评价各突变体杂交种重要杂种优势目标性状（如生物量和根系等）的杂种优势效应，并以相应的野生型杂交组合为对照，选择杂种优势效应变化显著的杂交组合。

然后选取特定发育时期的组织或器官，以及对某一个重要杂种优势目标性状（或发育过程，有些重要发育性状也是杂种优势性状）有重要影响的原基细胞，利用高通量测序技术对这些杂交组合杂进行突变基因对应的表观遗传修饰谱或小RNA转录组、以及mRNA转录组进行测定，并通过与野生型杂交组合之间的比较，探讨表观遗传调控相关基因在植物重要杂种优势目标性状杂种优势形成中调控机制。

同时，选择显著影响杂种优势效应的表观遗传调控基因，构建其水稻和玉米中同源基因过表达和RNAi抑制表达转基因植株，并以此配制杂交组合，验证其对重要杂种优势目标性状杂种优势的作用。

二、预期目标

本项目的总体目标是解决表观遗传研究领域的重大科学问题，建立并完善植物表观遗传调控的综合生物学理论，阐明基因沉默和表达调控的结构基础和分子机理，了解控制细胞分化的表观遗传网络和结构基础，解析植物重要性状及其杂种优势形成的表观遗传调控基础。

通过本项目的实施，将有助于深入揭示植物表观遗传调控的结构基础和分子机理，使我国植物表观遗传领域在国际上占有重要的地位，并培养出一批在国内外具有较大影响力的学术带头人或学术骨干。

在应用方面，将有可能为通过表观遗传调控途径进行品种的遗传改良和作物新品种培育提供重要的理论依据。

五年预期目标（2012-2016年）

1、解析出2-4个表观遗传学途径中RNA-蛋白复合体或蛋白复合体的晶体结构，全面认识RISC复合体、sRNA加工复合体、AGO4DNA甲基化效应复合体的组分、结构和功能。

2、筛选和鉴定出3-5个sRNA介导基因沉默途径的新组分，全面深入认识RNA和PcG介导基因沉默的结构基础和分子机理。

系统阐明sRNA、DNA甲基化、组蛋白修饰在基因转录调控过程中的作用。

3、建立在细胞精度分析全基因组表观遗传修饰的蛋白质组学和基因组学分析平台，解析4-5种细胞类型中细胞特异的组蛋白修饰状态和基因图谱，并构建控制细胞分化的表观遗传学网络模型。

4、查明组蛋白修饰、DNA甲基化和非编码RNA与杂交种和亲本之间基因差异表达的关系，明确基因差异表达的表观遗传学机理及其在杂种优势形成过程中的作用，建立杂种优势形成的表观遗传调控机制模型。

5、在国际重要学术刊物发表论文30-50篇，其中影响因子10以上的论文10篇，力争在Cell,Nature或Science发表论文；申请发明专利5-6项；培养博士研究生30名以上，博士后研究人员10名以上，培养学术骨干8-10人，其中2-3人获得国家自然科学基金杰出青年基金资助，从而造就一批在植物表观遗传学研究领域具有国际竞争力的优秀中青年科学家和后备人才，建设一支结构合理、具备攻坚能力的国际先进水平的研究队伍。

三、研究方案

（一）学术思路

该项申请将在课题组成员多年前期研究结果的基础上，进一步凝练科学问题，力争在表观遗传学机制和功能研究上取得突破。

整体的学术思路为：

1、从研究植物表观遗传学机制的结构和分子基础入手，通过结构生物学、生物化学、遗传学、分子生物学、基因组学和表观遗传组学等开展多层面研究和理论整合，建立起一个表观遗传调控的综合生物学理论；2、以模式植物几种代表性细胞类型和主要发育过程为模型，通过蛋白质组、转录组和表观遗传组的综合分析一个物种不同细胞不同基因染色质的表观修饰状态以及这种修饰状态与基因表达活性以及与细胞分化和个体发育之间的关系，解析表观遗传修饰的生物学功能并建立起表观遗传学机制调控植物细胞分化和发育的模型和分子网络；3、通过综合遗传学、分子生物学、生物化学和细胞生物学分析，解析表观遗传学因子在植物主要发育过程中的作用以及这些因子的结构和功能之间的关系；4、鉴于植物（作物）多种重要性状是由多基因控制的，通过转录组和表观遗传组的分析并结合单个基因的遗传学分析解析表观遗传学机制在控制作物重要发育性状及其杂种优势形成中的功能，从而解析作物重要发育性状和杂种优势的表观遗传调控机制，以期为作物遗传育种提供理论指导；5、以模式植物为模型进行机制研究，通过对表观遗传学机制的认识和机制研究中提供的材料解析作物重要性状的发育机制和杂种优势的分子机理并指导作物遗传育种。

（二）技术途径

1、研究生物大分子的三维结构主要有X光晶体衍射学，核磁共振和电子显微镜等方法，这些方法提供了不同分辨率的信息。

X光晶体衍射学可产生最高分辨率的结构信息，用来研究各种大小的分子，是我们主要的研究手段。

核磁共振无需结晶的限制，适合分析小于3万道尔顿的分子在溶液中的构象。

电子显微镜适合分析分子量大的复合物（>200kD），获得低分辨率的结构信息。

我们将根据需要利用核磁共振和电子显微镜分析分子结构。

在研究蛋白RNA复合物结构时，利用生化手段确定合适的RNA序列和结构，利用凝胶阻滞电泳检测蛋白和不同结构RNA的亲和力，确定蛋白在RNA上识别的位点和RNA必要的结构特征，这些信息可用于设计更加紧凑、多样的RNA用于结晶实验。

如果某个蛋白的性质不理想，我们将试验来源于其他物种的同源分子，以增加结晶的成功率。

将利用同步辐射光源收集晶体衍射数据，加快结构解析进程。

2、细胞特异性组蛋白修饰的鉴定。

从细胞核中纯化组蛋白后利用反相液相层析的方法将每个样品中的不同种类的组蛋白进行分离纯化，利用LC-MS/MS并通过质谱学的CollisionAssistedDissociation（CAD）和ETD结合的方法对标记的多肽进行分离和质谱学鉴定组蛋白上的每个可能的修饰位点。

对于软件分析确认带有修饰位点的多肽，我们将对其谱图进行进一步手工解谱，以保证修饰的种类和位点的鉴定准确无误。

3、RNAi途径新组分筛选鉴定通过以下两条途径：

1）生物化学途径，利用已知组分的抗体免疫共沉淀并结合质谱分析筛选与已知组分结合形成复合体的蛋白和核酸组分；2）遗传学途径，从对已经建立起的含有沉默报告基因的植株诱变和遗传分析入手（利用已经获得超量表达针对参与表皮毛发育的MYB家族基因CPC、TRY、ETC2的amiRNA（amiR-trichome）、ros1转RD29A报告基因和花器官属性决定基因表达沉默三种转基因拟南芥材料），通过正向遗传学并结合遗传学、生物化学、基因组学和生物信息学的手段来解析非编码RNA（miRNA,siRNA和longnoncodingRNA）途径、生物学功能和作用的分子机制。

4、利用TRAP-seq方法研究细胞特异转录组。

TRAP-seq技术是项目组成员新近建立起来的、用于研究细胞特异转录组的新方法（JiaoandMeyerowitz,2010）。

基本过程是：

以细胞特异启动子调控N-端带His和FLAG标签的核糖体蛋白RPL18的融合基因（HF-RPL18）构建和制备相应转基因植物，使HF-RPL18在拟研究的特定细胞中表达。

通过免疫沉淀的方法分离得到带HF-RPL18标签的多聚核糖体，以及与其结合的、处于翻译状态的mRNA。

这种方法可以得到大量的mRNA，足够与RNA-seq技术结合实现直接测序。

值得一提的是，上述方法分离到的都是翻译中的mRNA，比通常获得的总mRNA能更好地体现蛋白水平的变化。

5、利用反向遗传学的手段并结合正向遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物化学手段分析负责表观遗传调控的重要蛋白的生物学功能及结构与功能之间的关系。

6、以水稻籼粳亚种间杂交组合、玉米杂交组合和拟南芥野生型杂交组合以及已知和项目组新鉴定的拟南芥表观遗传学因子相关基因突变体配制的杂交组合为材料，同时鉴于不同性状的杂种优势可能由不同的基因所决定，充分利用重要农艺性状形成的发育生物学基础研究成果，针对重要目标性状（如生物量和根系等），选取特定发育时期组织、器官或细胞，从转录组、蛋白质组和表观遗传组比较分析，并结合遗传学、生理学和生物化学等研究方法，解析这些性状及其杂种优势形成的表观遗传调控机制。

（三）创新性和特色

1、本申请项目结合国内外的发展趋势和课题组成员已有的研究工作基础及研究特色和优势，有机地融合了表观遗传学机制、生物学功能和潜在应用三个研究内容。

2、本申请项目瞄准该领域的重大科学问题和课题组原有的优势方向，结合结构生物学、生物化学、遗传学、基因组学和蛋白质组学等手段深入、全面研究表观遗传学原理和机制，特别是基因沉默途径的结构基础和分子机制以及不同基因沉默途径之间的相互作用，有望取得重大突破。

3、在单细胞精度解析细胞分化发育的表观遗传学机制。

研究结果将能够全面了解植物细胞分化过程中表观遗传学机制和细胞分化的机理。

4、从表观遗传调控角度阐述杂种优势形成的分子机理。

获得的研究结果将进一步丰富杂种优势生物学理论，有助于全面阐明产生杂种优势的分子机制并指导杂种优势的利用。

（四）取得重大突破的可行性分析

1、课题组成员有很好的工作基础。

课题组成员在RNAi途径蛋白复合体结构解析、RNA和PcG介导的基因沉默、DNA甲基化、杂种优势的表观遗传学机制、表观遗传因子调控植物发育的分子基础等方面做出了国际一流突破性的研究工作，为本项课题的实施打下了良好的基础。

本项申请课题是上述研究内容的深入和拓展，立项依据充分。

2、课题组人员组成合理、研究实力强。

研究组成员既有国际植物生物学领域的领军人物，也有表观遗传学领域的后起之秀。

3、课题组已经建立起实施该项申请所需的特异和常规实验方法。

这些特异实验方法包括：

蛋白核酸复合物装配结晶和结构解析技术、定量蛋白质组学和蛋白质修饰定量分析技术、基因组深度测序和数据分析、不同细胞类型核糖体复合体的获取、不同细胞类型细胞核的分离纯化、非编码RNA表达和深度测序分析、染色质分析技术、小RNA杂交和分析技术、miRISC复合体的纯化和体外活性测定等。

4、我们已经获得了本课题拟开展的生物化学分析和遗传学筛选所需的多种重要表观遗传因子的抗体，和表达amiR-trichome、ros1转RD29A报告基因和花器官属性决定基因表达沉默三种转基因拟南芥材料。

并已经做了遗传诱变和突变体筛选，得到几十个基因沉默途径功能障碍突变体，为该项申请打下了良好的基础。

5、已经积累了多种组合玉米、水稻和拟南芥亲本和F1代杂种优势材料用于该项课题的分析。

因此，我们已具备开展本课题研究所需的扎实的理论和技术基础以及研究材料。

6、课题承担单位有出色的研究条件和学术氛围。

该项申请依托四个国家重点实验室和北京生命科学研究所，为该项课题的实施提供所需的仪器设备、研究平台、实验空间和学术环境。

（五）课题设置

根据项目研究目标，围绕所要解决的3个关键科学问题及研究重点，本项目设置3个研究课题，在植物表观遗传学机制的结构和分子基础、植物细胞分化和发育的表观遗传机制和植物杂种优势形成的表观遗传机制各设一个研究课题。

3个课题之间的相互关系见如下示意图：

课题一、植物表观遗传机制的结构和分子基础

主要研究内容

1、植物miRNA通路的新组分鉴定和调控机制研究。

通过近十年的研究，人们对miRNA的作用机理和功能有了框架性的认识，但很多重要的问题还有待研究。

该项申请以模式植物拟南芥和水稻为材料，将利用生物化学和遗传学方法筛选miRNA途径中的新组分，将综合生物化学、遗传学、基因组学和生物信息学的研究手段，并结合结构生物学手段，研究从miRNA前体加工形成成熟的miRNA过程的调控机制；miRNA进入AGO1复合体的调控机制；miRNA效应复合体在复杂的细胞内环境找到靶标mRNA的方式和机制；miRNA通路的新组分。

通过以上研究深入地了解miRNA作用的分子机理及其生物学功能。

2、植物siRNA介导基因沉默通路的新组分鉴定和调控机制研究。

以前的研究已经鉴定了RNA介导DNA甲基化和基因沉默途径的一些重要组分并初步了解了它们的作用机制。

但是，我们和同行已有的研究成果仅仅是勾勒出了RNA介导DNA甲基化途径的大致轮廓，其中很多关键的科学问题依然没有解决。

该项申请以拟南芥为材料，利用生物化学和遗传学方法筛选siRNA途径中的新组分，将综合生物化学、遗传学、基因组学和生物信息学的研究手段，并结合结构生物学手段，对植物特异的RNA介导的DNA甲基化途径和机制进行深入研究。

包括：

研究启动siRNA产生的机制；植物特异的RNA聚合酶IV/V转录活性的调控机制；RNA介导的转录沉默复合体引导DNA甲基化酶到特定染色质位置的机制；DNA甲基化介导组蛋白修饰和在转录水平基因沉默的机制。

3、AGO基因家族成员表达调控与AGO蛋白功能专化关系、RNAi和PcG介导的基因沉默相互作用研究。

植物体系中AGO基因是以基因家族形式存在的，而且不同的AGO蛋白结合不同小RNA参与不同的过程和发挥不同的功能，例如拟南芥AGO1参与miRNA通路，而AGO4参与siRNA途径。

我们前期的研究结果表明不同的AGO作用的专一性一方面取决于它结合的sRNA的种类，另一方面也与其表达模式有关。

该项申请将以拟南芥为模式，研究AGO基因家族成员表达调控的机制；AGO基因表达特异性在不同AGO蛋白功能专化中的作用；不同AGO参与的RNAi途径之间的关系。

另外，以前的结果认为RNAi和PcG介导的基因沉默是两个平行的途径，我们最近的研究结果表明PcG通过特异性地抑制AGO基因家族不同成员的表达来调节不同AGO功能的专化，从而建立起了这两个基因沉默途径的联系。

该项申请将在上述结果的基础上，进一步研究这两个基因沉默途径的相互作用、机制以及这种作用在调控植物发育中的功能。

4、植物RNAi通路的重要组分复合体结构解析和结构-功能关系研究。

解析上述两个RNAi通路已知和新鉴定的蛋白复合体或蛋白-核酸复合体的三维结构，包括AGO-sRNA复合体、DCL-sRNA加工复合体以及植物特异性KTF1/PolIV/V/AGO4等复合体的结构，并研究这些复合体结构和功能之间的关系，进而了解RNAi通路的分子机制。

预期目标

1、解析2-4个表观遗传学途径中RNA-蛋白复合体或蛋白复合体的晶体结构，了解这些蛋白-核酸复合体结构和功能之间的关系。

2、鉴定miRNA通路和siRNA通路新组分5-10个以上，深入分析其中3-5个；

3、了解非编码RNA介导基因沉默的结构基础和分子机理，阐明miRNA通路调控mRNA降解和siRNA通路诱导DNA甲基化的分子机制。

4、阐明AGO基因表达调控的机制及其RNAi和PcG介导的基因沉默途径的相互作用机制。

在此研究基础上并且结合目前的已有研究，总结出一个比较全面的表观遗传修饰在转录调控和基因沉默过程中的工作模型。

5、发表SCI论文10-15篇，其中权威学术刊物发表论文3-5篇。

培养博士后8人、博士及硕士研究生20人。

课题承担单位：

北京生命科学研究所，河北师范大学

课题负责人：

戚益军高级研究员北京生命科学研究所

主要学术骨干：

叶克穷高级研究员北京生命科学研究所

何新建研究员北京生命科学研究所

曹颖副教授河北师范大学

经费比例：

36%

本课题的经费占总课题经费的36%，各单位的经费分配主要根据各单位承担任务的多少和预期目标的大小而定。

课题二、植物细胞分化和发育的表观遗传机制

主要研究内容

1、表观遗传组学和蛋白质组学平台的建立。

为了在细胞精度分析细胞分化的表观遗传学机制，首先将建立细胞精度蛋白质组学、转录组学和表观遗传组学分析平台，包括制备组蛋白（组蛋白修饰的定量质谱学鉴定）的方法、制备标记特异细胞的核糖体蛋白或核膜蛋白的转基因植株、大量制备和分离特异细胞的mRNA与细胞核；利用上述产物进行蛋白质组学、转录组学和表观遗传组学分析的方法。

2、植物代表性细胞表观遗传组学分析和分子网络建立。

以拟南芥为模式，分析植物代表性的细胞类型（包括花原基细胞和根毛发生细胞）全基因组转录组和表观遗传组（组蛋白修饰组），比较和分析基因表达和表观遗传修饰之间的关系，解析表观遗传学机制调控细胞分化的分子网络。

3、表观遗传调控因子在植物重要发育过程中的功能研究。

在通过全基因组水平筛选控制植物细胞分化和个体发育的调控因子