镉（Cadmium,Cd）是农田生态系统中最普遍、毒性强的重金属污染物之一。土壤中二价的镉离子被作物根吸收,并转运分配至可食用部分和种子,严重影响作物生长发育、产量和食用安全。在这些生理过程中,根吸收是镉进入植物细胞的第一步。大麦（Hordeum vulgare）是全球第四大禾谷类作物,其籽粒集食用、饲用和啤酒原料等用途于一身。由于其生态适应性强,耐贫瘠,且能在不同土壤条件下种植,受土壤镉污染潜在风险大。因此,明确大麦根部镉吸收的分子机制,对降低地上部尤其是籽粒中镉含量具有重要理论意义。前期研究已揭示HvNramp5是大麦根部吸收镉和锰的关键转运蛋白,且其编码基因的表达受缺铁诱导,但其转录调控机制尚不清楚。因此,本研究利用HvNramp5表达量关联分析（e GWAS）、酵母单杂交筛库、转录组以及m6A甲基化（N~6-methyladenosine）等多组学方法揭示大麦根部HvNramp5基因表达调控机制及镉胁迫表观调控网络。取得主要研究结果如下:1.大麦根部HvNramp5基因转录调控机制:水培镉（0.5μM Cd Cl2）处理7天,测定100份大麦核心种质根部HvNramp5基因的表达量。结果发现,HvNramp5基因的表达量存在广泛的基因型差异,且与大麦根部镉含量显著正相关。利用转录组测序获得的高质量SNPs开展e GWAS分析,共鉴定到73个显著关联的SNP位点包含105个注释基因,其中包括11个激酶基因和6个转录因子。随后,利用酵母单杂交技术筛选与HvNramp5基因互作的蛋白,共筛选到42个阳性克隆,通过点对点验证筛选到4个转录因子或具有转录激活活性的基因与HvNramp5存在互作。最后,通过CRISPR/Cas9技术构建上述基因的大麦基因编辑突变体材料,通过分析大麦基因编辑突变体T1代植株在对照和缺铁条件下根部HvNramp5基因的表达量,明确了HORVU5Hr1G095410基因（HMG-Y-related protein A）对HvNramp5基因的表达量有正调控作用,敲除该基因能显著降低HvNramp5基因的表达。2.大麦根响应镉胁迫的表观调控网络:对大麦品种Golden Promise对照组与镉处理组（5μM Cd Cl2,7天）根组织进行m6A甲基化（N~6-methyladenosine）和转录组测序,分析发现镉处理组的m6A甲基化程度高于对照组。对照组和镉处理组m6A甲基化修饰均在基因的终止密码子、3’UTR（Untranslated Regions）区域以及染色体端粒附近高度富集。经过处理组与对照组差异性筛选（|log2（fold change）|≥1,P＜0.05）后,共鉴定到8151个差异m6A甲基化修饰位点,分布在4277个基因上。另一方面,比较两组的转录组数据共发现3920个差异表达基因（|log2（fold change）|≥1,P＜0.05）,其中镉胁迫上调表达的基因2015个,下调表达的基因1905个。KEGG结果表明这些基因主要分布在“苯丙氨酸生物合成”、“MAPK植物信号途径”和“植物激素信号转导”等分子途径。通过对m6A甲基化测序和转录组数据联合分析发现,m6A甲基化修饰的程度与基因表达量成正相关,且甲基化发生起始密码子和终止密码子使得基因表达量提高。进一步分析m6A甲基化修饰与表达量均显著差异的基因,鉴定出与镉耐性相关的调控基因,包括MAPK、WRKY和MYB等;因此,我们提出了大麦根部响应镉胁迫的表观调控网络,为阐明大麦耐镉机制提供新思路。综上,本研究结果不仅丰富了大麦根部镉胁迫响应的转录调控机制,也为大麦耐镉遗传改良提供理论参考。