进化使植物能够在恶劣条件下生存。植物的冬芽是建立适应性的关键结构。根据环境和内在条件，芽可以在生长和休眠之间转换。三个休眠阶段由触发每个阶段的信号决定：受环境因素影响的生态休眠;受其他植物器官促进的类休眠;以及由芽内的内部信号维持的自休眠。

生存策略人工智能驱动对腋芽冬季休眠染色质变化的洞察

准休眠芽在秋季日照长度变化和/或低温下进入自然休眠，而内休眠和生态休眠阶段则在低温下发生。从准休眠到自然休眠的转变是芽的一种保护现象。触发自然休眠的表观遗传机制尚不十分清楚。

在2024年6月21日发表在《树木生理学》上的一项研究中，助理教授TakanoriSaito和他的同事探索了“富士”苹果腋芽中染色质结构的表观遗传修饰和转录变化，从而实现温度识别。

研究结果通过深度学习人工智能(AI)模型和统计分析得到进一步解释。这项研究由千叶大学园艺研究生院的王珊珊博士、大川克也博士、小原仁史博士和近藤佐藤博士共同撰写。

本研究的目标之一是了解从准休眠到自然休眠的过渡阶段中差异表达基因(DEG)。与细胞对缺氧的反应、对脱落酸(ABA)的防御反应和昼夜节律相关的基因在芽休眠的初始阶段被激活。此外，作者还揭示了核小体耗竭与转录模式无关。

“相反，在DEG中，虽然观察到推定的启动子的核小体位置发生了转变，但在腋芽休眠期转变期间，大多数基因体中上调和下调基因之间的核小体占有率差异并未观察到，”Saito博士解释道。

顺式调控元件(CRE)是影响基因表达的短DNA序列。作者使用深度学习AI模型进一步研究了转录变化与CRE之间的关系。Saito博士详细阐述了这些结果，他说：“我们发现了与细胞周期、昼夜节律和TATA盒相关的CRE。特别是，昼夜节律对下调基因的重要性也与转录变化有关。”数据进一步表明，COL9信号可能参与改变CO水平以触发芽休眠。

虽然大多数基于人工智能的表观遗传学研究使用大型数据集，但他们的模型使用小型数据集。尽管如此，贝叶斯统计分析将表观遗传学变化与参与冬芽调控的基因转录联系起来。这项研究中的人工智能方法可以增强表观遗传学分析，特别是对于基因组数据库不太发达的非模型植物。

Saito博士表示：“我们利用深度学习进行的研究的总体结果表明，腋芽休眠诱导中基于冷驱动昼夜节律的机制是由单核小体振荡调节的。”

展望未来，这些发现将有助于制定更有效的战略，维持农作物、植物和树木的可持续生产，以抵消全球变暖的影响。