近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications在線報(bào)道了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李興旺教授和李國(guó)亮教授團(tuán)隊(duì)合作完成的題為“Integrative analysis of reference epigenomes in 20 rice varieties”的研究論文。文章全面系統(tǒng)地描繪了20個(gè)水稻品種的表觀基因組圖譜，注釋了覆蓋水稻基因組82%的功能性DNA元件，作為水稻ENCODE計(jì)劃的重要組成部分，與該團(tuán)隊(duì)2019年發(fā)表水稻高分辨三維基因組圖譜（https://rdcu.be/b4rup）后一起，立體地呈現(xiàn)了水稻多層級(jí)的基因組結(jié)構(gòu)特征及其參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控等生命過(guò)程的潛在機(jī)理（從一維表觀基因組到3D基因組結(jié)構(gòu)）。
研究者首先開(kāi)發(fā)了一種快速和高效的ChIP-Seq實(shí)驗(yàn)方法（eChIP-Seq）。和植物常用的ChIP-seq方法相比，eChIP-Seq的總體效率提升至少幾十倍以上，可用于鑒定水稻、擬南芥、玉米和甘藍(lán)型油菜等植物少量樣品的組蛋白翻譯后修飾和轉(zhuǎn)錄因子全基因組結(jié)合位點(diǎn)。
該研究產(chǎn)生了多達(dá)500多套組學(xué)數(shù)據(jù)，覆蓋20個(gè)有代表性的水稻品種及其多個(gè)組織，包括58個(gè)基因表達(dá)數(shù)據(jù)(RNA-Seq)，32個(gè)全基因組DNA甲基化圖譜(BS-Seq)，354個(gè)各種組蛋白修飾數(shù)據(jù)(eChIP-Seq)，58個(gè)全基因組開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域圖譜(FAIRE-Seq)，基于這些數(shù)據(jù)的整合性分析，作者從水稻表觀基因組圖譜定義了15種染色質(zhì)狀態(tài)。另外，通過(guò)ChIP-reChIP實(shí)驗(yàn)，鑒定了一種新的H3K9me2/H3K4me1二價(jià)染色質(zhì)狀態(tài)。該染色質(zhì)狀態(tài)普遍存在于基因內(nèi)含子上，相關(guān)基因的表達(dá)量較低而且富集Copia轉(zhuǎn)座子，但其潛在的生物學(xué)功能有待深入研究。
研究者定義了活躍啟動(dòng)子的染色質(zhì)特征和區(qū)域：即開(kāi)放染色質(zhì)區(qū)域與H3K4me3修飾區(qū)域，大約為轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游500 bp到下游1 kb，為啟動(dòng)子的核心功能區(qū)域。結(jié)合水稻高分辨三維基因組圖譜分析，研究者發(fā)現(xiàn)水稻中存在大量的具有增強(qiáng)子活性的啟動(dòng)子（enhancer-like promoters），揭示了啟動(dòng)子不僅調(diào)控相鄰基因的表達(dá)，還可以作為增強(qiáng)子，通過(guò)染色質(zhì)遠(yuǎn)程相互作用，調(diào)控遠(yuǎn)端與其互作基因的表達(dá)。
