表观遗传学在解释作物和其他植物物种的胁迫适应性方面显示了巨大潜力,因此,表观遗传学已经成为植物功能基因组学的热门领域之一。应对非生物胁迫对于植物来讲是非常重要的,因为植物只有能够应对适应环境的变化才可以存活。“非生物胁迫”这个术语包括复杂环境条件引起的各种压力,例如强光、紫外线、高温、低温、冷冻、干旱、盐、重金属和缺氧。据报道,2003年的欧洲热浪就导致农作物减产了30%左右,将来的全球气候变化会使这些压力增加。因此,用植物生理和分子细胞生物学手段了解不同植物对非生物胁迫应答的机制是植物学研究中的一个重要而且具有挑战性的课题。植物根系中各种分化细胞应对非生物肋·迫都是不同的,这表明不同的细胞类型对非生物胁迫有着不同的反应。我们对整株植物的压力肋、迫反应机制的理解是局限的。为了研究这个系统,我们需要观察分化细胞、组织和器官对压力胁迫的反应并且把这些数据结合起来,通过系统生物学和数学生物学的方法将数据整合并且描绘出一幅完整的植物反应非生物胁迫机制的蓝图。玉米是在全世界的热带和温带种植最广泛的作物,主要用作主食和工业生产。玉米对像高盐、各种植物激素或表观遗传修饰抑制剂等多变的外界环境胁迫很敏感。所以,本文用玉米(Zea mays L.)作为研究对象,从细胞周期阻滞和表观遗传修饰模式两个方面系统分析了玉米的表观遗传调控过程,主要包括以下工作：1.玉米根部分生区、伸长区和成熟区的染色质表观遗传修饰模式的比较植物的根部主要是由分生区、伸长区和成熟区组成的。染色质的组蛋白修饰在植物细胞的生长和分化中发挥着重要的作用。然而,目前还没有人尝试过研究植物不同根部分区的组蛋白修饰分布模式。在本实验中,我们研究了组蛋白H3的乙酰化(H3K9ac)水平、组蛋白H4的乙酰化(H4K5ac)水平和组蛋白H3的甲基化(H3K4me2, H3K9me1, H3K9me2和H3K27me2)水平,以及这些表观修饰在玉米主根的分生区、伸长区和成熟区中的分布模式。整体而言,根部成熟区的细胞表现出组蛋白修饰水平最高,根的分生组织中的组蛋白修饰水平最低。我们发现H3K9ac的信号富集在根的伸长区、成熟区的常染色质和大部分细胞核的核仁中,超过60%的根部细胞的核仁都被H4K5ac信号所标记,只有在少数比例(不到7%)的细胞里,knob位点出现了H4K5ac的信号。此外,我们在常染色质中特异性地检测出了H3K4me2和H3K4me3的信号。在对根部的所有分区组织进行分析研究之后,我们发现在常染色质和异染色质中都能检测出H3K9me1、H3K9me2和H3K27me2的信号。经过进一步研究发现,有超过30%的根部伸长区、成熟区细胞的knob位点周围出现了H3K9me1的信号,约5%的成熟区细胞的knob位点周围出现了H3K9me2的信号,而约95%的成熟区细胞中的knob位点的H3K27me2’信号很弱。本研究通过对玉米根部的不同功能分区的组蛋白修饰的基因组模式的分析,揭示了根部分区特异性的染色质分布情况。2. 组蛋白的乙酰化和活性氧(ROS)参与调控丁酸钠介导的玉米根部早前期阻滞组蛋白的乙酰化在染色质结构调控中占有重要的地位,而活性氧ROS参与到很多细胞周期进程中。为了研究植物体内的组蛋白乙酰化和细胞周期进程之间的关系,我们用丁酸钠(NaB)来处理玉米幼苗,丁酸钠作为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以引起哺乳动物和植物基因组的组蛋白乙酰化水平的显著增加。结果表明,NaB在组织水平上对根部不同分区有明显的抑制作用,在玉米分生区引发了早前期的细胞周期阻滞。这个过程还伴随着组蛋白H3K9ac和H4K5ac的整体修饰水平急剧上升。玉米根部在NaB处理下导致细胞内ROS浓度的不断增加,同时导致离子泄漏比和丙二醛(MDA)相对值的升高。NaB处理组在TdT-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL)和γ-H2AX免疫染色的实验中都表现出阴性的结果。拓扑异构酶基因的表达在NaB处理后降低。这些结果证实,NaB能增加H3K9ac和H4K5ac的组蛋白修饰水平,引起早前期阻滞,在这个过程中伴随着ROS的产生、导致了DNA拓扑异构酶的抑制。