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科研进展

我园在APSB(IF 14.5)发表中药穿心莲染色质可及性(chromatin accessibility)的基因组特征图谱解析

作者: 生物信息学课题组  来源:原创  发布时间:2024-07-03  浏览数:663  
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根据ENCODE计划,非编码DNA调控元件(Non-coding DNA cis-regulatory elements)如染色质可及性(chromatin accessibility)在维持植物基因组稳定性以及调控基因表达中起重要作用,最近几年在植物中的报道已经逐步增多。因此,是否这些重要的调控元件参与药用植物基因表达调控、次生代谢品质形成目前暂未发现。

作者选择传统中草药穿心莲(Andrographis paniculata)作为研究对象,利用ATAC-seq首先对穿心莲基因组中的染色质可及性进行全基因组学的分析。研究发现,穿心莲基因组广泛存在染色质可及区(ACR),数量大致在30532个左右。与前人研究发现,这些ACR在基因转录起始位点(TSS)有显著的富集,并且与基因表达的水平呈正相关的趋势。通过基因组注释发现,ACR大部分落在远端基因间区、外显子、启动子区间上。另外,结合组蛋白修饰(H3K27me3,H3K4me3,H3K27ac)ChIP-seq实验数据,发现这些ACR大致可分为5个不同组蛋白修饰的cluster,并且具有不同组蛋白修饰的ACR关联的基因表达有不同的趋势,例如,H3K4me3和H3K27ac二价修饰的ACR关联的基因表达最高。ATAC-seq数据另外一个优势是可以用于做转录因子footprint分析,从而预测转录调控网络。作者利用TOBIAS对穿心莲的ACR进行footprint分析,预测许多参与穿心莲内酯合成基因转录调控的转录因子,如bHLH,MYB等特别的这些转录因子结合位点可能在物种之间是保守的。例如GGPPS合成基因,在穿心莲,拟南芥和大豆都可以预测出一个保守的Motif (TCACCA)。最后,作者利用3C-qPCR还发现,增强子类的ACR可以通过染色质互作(Chromatin Loop)的三维转录调控方式介导某些穿心莲内酯合成基因(e.g. HDR)的表达调控。这些研究结果暗示,染色质动态变化,例如ACR以及组蛋白修饰可能是参与药用植物次生代谢相关基因表达其中一个重要的调控因子,也是未来次生代谢品质形成研究的一个潜在的重要方向。

相关研究以Decoding the chromatin accessibility in Andrographis paniculata genome, a case study of genome-wide investigation of the cis-regulatory elements in medicinal plants”,在Acta Pharaceutica Sinica B上发表。江西省、中国科学院庐山植物园生物信息学组黄铭坤副研究员、北京中药研究所孙伟研究员、广东省农业科学院作物研究所王继华研究员为本论文的共同通讯作者,黄铭坤副研究员为第一作者。成都中医药大学陈士林院士对论文给予高度的建议和指导工作。庐山植物园胡玉芳、张玲、杨华、冯晨、江西青峰药业的蒋春红,谢宁,刘地发参与了部分工作。这些工作得到国家自然科学基金、江西省自然科学基金、江西省重点学科学术技术带头人培养计划领军人才项目的支持。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211383524002430?via%3Dihub

 1. 穿心莲基因组染色质可及性的基因组学分析。