玉米雌、雄穗中開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域和表觀基因組特征的鑒定
遠(yuǎn)端開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域的動(dòng)態(tài)活性及轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合有助于基因的組織差異表達(dá)
近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Genome Biology在線報(bào)道了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊芳教授和李興旺教授團(tuán)隊(duì)合作完成的題為“3D genome architecture coordinates trans and cis regulation of differentially expressed ear and tassel genes in maize”的研究論文。文章描繪了玉米發(fā)育早期雌穗和雄穗原基的高分辨率全基因組三維互作圖譜、開(kāi)放染色質(zhì)圖譜、組蛋白修飾圖譜、DNA甲基化圖譜和轉(zhuǎn)錄組圖譜，并揭示了順式和反式因子及其在三維基因組層面對(duì)玉米雌穗和雄穗間基因差異表達(dá)的調(diào)控，為表觀遺傳在玉米雌穗和雄穗身份性別的分化差異調(diào)控上提供了一定的理論基礎(chǔ)。
玉米作為一種重要的糧食作物，其雌穗和雄穗的正常發(fā)育對(duì)玉米生殖和產(chǎn)量至關(guān)重要。雌穗和雄穗有著極為相似的起始發(fā)育進(jìn)程，但后期會(huì)逐漸分化成不同的形態(tài)和性別。前人研究克隆了一些影響雌穗和雄穗發(fā)育形態(tài)及性別的關(guān)鍵基因，但基因組層面的順式和反式調(diào)控因子及三維染色質(zhì)互作對(duì)此分化進(jìn)程的調(diào)控尚不清楚。
研究者首先利用ATAC-seq技術(shù)在2-4mm的玉米雌穗和雄穗中分別鑒定到了56,055和52,633個(gè)開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域（OCRs），結(jié)合3種組蛋白ChIP-seq，Bisulfite-seq和RNA-seq數(shù)據(jù)集詳細(xì)闡述了這些 OCRs附近的多種表觀特征及其對(duì)基因表達(dá)的影響，檢測(cè)到~50%的差異表達(dá)基因發(fā)生了至少一種表觀特征的改變，其中包含一些已知的穗發(fā)育和性別決定基因，如TB1，GT1，SK1，TS1等。利用已公開(kāi)的玉米轉(zhuǎn)錄因子ChIP-seq數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子傾向于結(jié)合于OCRs，其結(jié)合強(qiáng)度與OCRs的開(kāi)放程度顯著正相關(guān)。研究中鑒定到的雌、雄穗間差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子在差異表達(dá)基因附近OCRs上的結(jié)合，揭示了潛在的組織間差異調(diào)控途徑。
同時(shí)研究者還利用高效的in situ DLO Hi-C方法構(gòu)建了雌穗和雄穗的高分辨率全基因組三維互作圖譜，并鑒定到了大量的染色質(zhì)交互（loops），其中包含許多基因遠(yuǎn)端OCRs （dOCRs）和基因的交互，包括TB1，RAP2.7，BX1基因與其已知的遠(yuǎn)距離調(diào)控位點(diǎn)，同時(shí)也檢測(cè)到一些關(guān)鍵穗發(fā)育基因和dOCRs的交互，暗示了遠(yuǎn)端調(diào)控元件（distal CRE）與基因間的交互在穗發(fā)育過(guò)程中的重要調(diào)控作用。研究者還發(fā)現(xiàn)dOCRs的活性強(qiáng)弱與雌、雄穗間基因表達(dá)差異相關(guān)，基因表達(dá)受其互作dOCRs招募的轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)控，并構(gòu)建了經(jīng)典馴化基因TB1在雌穗和雄穗中差異表達(dá)調(diào)控模型，為闡明TB1調(diào)控玉米株型的分子機(jī)制提供了更深入的理解。最后，作者發(fā)現(xiàn)大量已知雌穗和雄穗農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因間區(qū)SNPs與基因形成染色質(zhì)交互，可能參與調(diào)控靶基因表達(dá)，為解析基因間區(qū)QTL位點(diǎn)的作用機(jī)制提供了依據(jù)。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生孫永浩和碩士研究生董亮為文章共同第一作者，楊芳教授和李興旺教授為通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李國(guó)亮教授等參與了該工作。
原文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02063-7
行業(yè)：
魯公網(wǎng)安備 37060202000128號(hào)
