玉米（Zea mays L.）不仅是全球范围内产量最高的粮食作物,还是广泛使用的工业原料和生物能源。持续稳定的玉米产量对粮食安全和经济发展具有重要作用。然而,非生物胁迫严重制约了玉米产量,威胁全球粮食安全,其中干旱胁迫对玉米产量的影响尤其显著。植物耐旱性是一个非常复杂的性状,过去几十年间,得益于分子生物学的发展,玉米耐旱机制研究已鉴定到数个干旱胁迫相关基因和协同作用的模块,同时发现干旱胁迫下,DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传变化在胁迫诱导的基因表达和转录调控过程中具有重要功能。对表观修饰的分析研究可以为进一步解析调控网络和理解植物耐旱性提供了新的补充。为了研究玉米根系DNA甲基化对干旱胁迫的响应及其在基因表达调控中的功能,本研究基于玉米耐旱自交系AC7643与干旱敏感自交系AC7729/TZSRW构建的重组自交系群体,选择群体中极端耐旱和极端敏感的自交系作为研究材料,使用DNA甲基化免疫共沉淀测序技术对苗期正常供水（Well Water,WW）条件下和干旱胁迫（Water Stress,WS）条件下玉米根系DNA进行全基因DNA甲基化扫描,探究玉米苗期根系中DNA甲基化对干旱胁迫的应答模式及其在基因转录调控中的功能。研究结果发现DNA甲基化对基因选择性剪切具有显著影响,而circ RNA作为一类特殊的剪切产物,与植物非生物胁迫的关系尚不明确。因此,对干旱胁迫下玉米苗期根系进行circ RNA富集建库测序,结合全转录组和多种组蛋白表观修饰Ch IP-seq数据,利用多组学联合分析,鉴定了干旱胁迫应答circ RNA及其对干旱胁迫的响应模式,探讨胁迫诱导circ RNA的产生机制和可能的分子功能。主要研究结果如下:1.DNA甲基化在基因组不同区域中的分布模式具有显著差异。转座子中DNA甲基化修饰水平显著高于基因区域,而不同类型转座子具有独特的DNA甲基化分布特征。基因结构中,启动子和外显子区域的DNA甲基化水平较高。对DNA甲基化修饰的保守性进行分析发现,基因组中,约80%的DNA甲基化在不同水分条件下或不同干旱敏感型玉米自交系间共有,而RIL群体亲子代间共有的DNA甲基化比例却显著较低。进一步分析发现,在RIL群体重组热点和copia类型转座子上亲子代间可遗传的DNA甲基化比例较低,而胁迫条件下的可遗传DNA甲基化比例显著增高。2.干旱胁迫下,干旱敏感自交系中DNA在胁迫条件下出现显著变化的区域（DMR）更多,且DNA甲基化显著增高区域（hyper-DMR）个数和占比均显著高于耐旱自交系。此外,hyper-DMR或hypo-DMR中基因类型及功能在不同干旱敏感性自交系中具有显著差异:基因沉默相关小RNA产生过程（production of small RNA involved in gene silencing）和RNA干扰（RNA interference）等GO分类仅在耐旱自交系DNA甲基化水平增高的基因中富集,而甲基转移酶活性（methyltransferase activity）等GO类型仅在干旱敏感自交系的DNA甲基化水平降低的基因中富集。与之对应的是干旱敏感性自交系中差异表达基因显著富集DNA装配等GO term,si RNA生成相关基因在耐旱性材料中上调表达。这种一致性说明不同自交系中特异的差异甲基化基因,可能通过影响胁迫响应基因的表达差异,参与不同自交系干旱耐受性差异的调控。3.基因区域的DNA甲基化修饰与基因表达水平呈显著负相关（r=-0.31）,而外显子的DNA甲基化修饰水平与该外显子表达量呈显著正相关（r=0.18）。DNA甲基化修饰与基因可变剪切也具有显著的相关性:具有更多可变剪切的基因,其DNA甲基化水平较高,且可变剪切中被保留的内含子也具有更高的DNA甲基化修饰比例。但在胁迫下,DNA甲基化水平变异与基因表达、基因剪切的变化并不总是一致。干旱胁迫下启动子区域DNA甲基化水平显著增高基因中,表达量显著增加的基因比例显著高于表达量降低的基因;而当基因区域被DNA甲基化修饰时,该变化趋势相反。此外,不同类型的转座子对其临近基因的表达调控具有差异。与其他转座子不同,表达基因上的TIR类型转座子被DNA甲基化修饰的比例显著较低。玉米根系中si RNA在干旱胁迫下的应答模式与DNA甲基化应答模式相似。si RNA丰度与DNA甲基化修饰水平呈显著正相关（r=0.38）,且该相关性程度在基因区域达到最强,往基因上下游区域逐渐减弱。各类转座子中,copia的si RNA丰度与其DNA甲基化修饰相关性最强,而gypsy最弱。4.通过circ RNA富集的建库测序分析发现,circ RNA具有比线性基因更强的表达特异性。在干旱胁迫后,circ RNA数目和表达水平均上升。与线性基因不同,在耐旱自交系中表达的circ RNA的数目显著较干旱敏感自交系少。5.影响干旱胁迫后circ RNA表达的因素主要有侧翼序列特征、表观修饰和RNA结合蛋白的表达三方面。更长的侧翼内含子与LINE和copia的富集有助于circ RNA表达的增强。多种组蛋白甲基化和乙酰化修饰均能够影响circ RNA的表达,其中H3K9AC在调控circ RNA表达上具有重要作用。虽然circ RNA与线型转录本使用相同的剪切信号,但是circ RNA中反向剪切位点的表观修饰信号与经典剪切存在显著差异。此外,干旱胁迫下与circ RNA表达紧密相关的RNA结合蛋白和ABA通路基因的表达变异对胁迫下circ RNA的表达增加也具有一定贡献。6.玉米根系中circ RNA上mi RNA结合位点较少,不足以充当mi RNA“海绵”。但circ RNA上si RNA水平显著较高,这些富集的si RNA可能起源于其与反向互补序列的配对以及mi RNA的切割。IRES位点的扫描和开放阅读框的预测发现59.23%circ RNA具有编码蛋白质的潜能,且可以形成与线性基因不同的蛋白序列。通过与耐旱相关性状的关联分析发现,circ RNA的线性基因中,与干旱胁迫下植株存活率显著关联的SNP比例显著较高,且在玉米耐旱相关的QTL中富集。