2020年12月29日，Molecular Plant 在線發(fā)表了題為“Asymmetric epigenome maps of subgenomes reveal imbalanced transcription and distinct evolutionary trends in Brassica napus”的研究論文。該研究構(gòu)建了目前為止最大的甘藍型油菜表觀遺傳學相關(guān)數(shù)據(jù)集，繪制了其表觀遺傳參考基因組圖譜，解釋了甘藍型油菜亞基因組間不平衡的表觀遺傳學基礎(chǔ)，并鑒定出植物中一種新的二價染色質(zhì)狀態(tài)（H3K4me1-H3K27me3），為甘藍型油菜和其它多倍體植物的表觀遺傳學相關(guān)研究提供了重要資源。
表觀遺傳在植物的生長發(fā)育中有著至關(guān)重要的作用，其在不改變DNA遺傳信息的情況下，在不同類型的細胞中調(diào)控基因的組成型和特異性表達。甘藍型油菜是重要的異源四倍體農(nóng)作物，有著復雜的基因組學信息，但其表觀遺傳學相關(guān)的研究還處于起步階段。該研究以在中國及周邊國家廣泛種植的華油雜62的兩個親本為實驗材料，利用它們四個組織（幼葉、根、花蕾和角果）的五個組蛋白修飾（H3K4me3，H3K27ac，H3K4me1，H3K27me3和H3K9me2）和RNAPII的ChIP-Seq數(shù)據(jù)，以及相對應(yīng)的RNA-Seq和DNA甲基化數(shù)據(jù)，構(gòu)建了目前為止甘藍型油菜中最大的表觀遺傳學數(shù)據(jù)集，并在此基礎(chǔ)上全面系統(tǒng)的繪制了甘藍型油菜表觀基因組圖譜，注釋了覆蓋其基因組65.8%的功能性DNA元件。該研究作為甘藍型油菜ENCODE計劃的一部分，邁出了重要的第一步。
研究者對異源多倍體甘藍型油菜An和Cn兩個亞基因組間的表觀遺傳學修飾進行了系統(tǒng)性的分析，發(fā)現(xiàn)亞基因組間同源基因?qū)Φ谋磉_偏倚是平衡的，更高表達水平的同源基因有著更高的活躍相關(guān)的表觀遺傳學修飾。但An亞基因組特有基因的整體表達和表觀遺傳學活性水平都要遠高于Cn亞基因組，猜測亞基因組特有基因是甘藍型油菜亞基因組間不平衡的重要原因之一。
作者在甘藍型油菜表觀基因組圖譜中定義了15種染色質(zhì)狀態(tài)，觀察到An亞基因組中活躍的染色質(zhì)狀態(tài)的基因組覆蓋度要高于Cn亞基因組，而Cn亞基因組中異染色質(zhì)狀態(tài)的基因組覆蓋度要高于An亞基因組。另外，通過ChIP-reChIP實驗的驗證，作者鑒定了一種新的H3K4me1-H3K27me3二價染色質(zhì)狀態(tài)。該染色質(zhì)狀態(tài)普遍存在于基因本體上，與甘藍型油菜基因的組織特異性表達有關(guān)，在其生長發(fā)育過程中起重要作用。但其具體的生物學功能有待進一步深入研究。
該研究全面概述了甘藍型油菜的表觀基因組圖譜、An和Cn亞基因組間不平衡的表觀遺傳學基礎(chǔ)、不同類型重復基因的表觀遺傳學差異以及新鑒定的二價染色質(zhì)狀態(tài)在甘藍型油菜基因組織特異性表達中的重要作用。這些數(shù)據(jù)為全面解析異源四倍體甘藍型油菜的基因組提供了重要的資源。
華中農(nóng)業(yè)大學沈金雄教授、李興旺教授和李國亮教授為通訊作者，博士生章清、管鵬鵬和博士后趙倫為該文章共同第一作者。
原文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（20）30451-2
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