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華中農業大學在油菜表觀遺傳研究方面取得重要進展

核心提示: 該研究構建了目前為止最大的甘藍型油菜表觀遺傳學相關數據集,繪製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,並鑑定出植物中一種新的二價染色質狀態(H3K4me1-H3K27me3),為甘藍型油菜和其它多倍體植物的表觀遺傳學相關研究提供了重要資源。

南湖新聞網訊(通訊員 章清)2020年12月29日,Molecular Plant 在線發表了題為“Asymmetric epigenome maps of subgenomes reveal imbalanced transcription and distinct evolutionary trends in Brassica napus”的研究論文。該研究構建了目前為止最大的甘藍型油菜表觀遺傳學相關數據集,繪製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,並鑑定出植物中一種新的二價染色質狀態(H3K4me1-H3K27me3),為甘藍型油菜和其它多倍體植物的表觀遺傳學相關研究提供了重要資源。

表觀遺傳在植物的生長髮育中有着至關重要的作用,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作物,有着複雜的基因組學信息,但其表觀遺傳學相關的研究還處於起步階段。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數據,以及相對應的RNA-Seq和DNA甲基化數據,構建了目前為止甘藍型油菜中最大的表觀遺傳學數據集,並在此基礎上全面系統的繪製了甘藍型油菜表觀基因組圖譜,註釋了覆蓋其基因組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。

 

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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性的分析,發現亞基因組間同源基因對的表達偏倚是平衡的,更高表達水平的同源基因有着更高的活躍相關的表觀遺傳學修飾。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於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。

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作者在甘藍型油菜表觀基因組圖譜中定義了15種染色質狀態,觀察到An亞基因組中活躍的染色質狀態的基因組覆蓋度要高於Cn亞基因組,而Cn亞基因組中異染色質狀態的基因組覆蓋度要高於An亞基因組。另外,通過ChIP-reChIP實驗的驗證,作者鑑定了一種新的H3K4me1-H3K27me3二價染色質狀態。該染色質狀態普遍存在於基因本體上,與甘藍型油菜基因的組織特異性表達有關,在其生長髮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、不同類型重複基因的表觀遺傳學差異以及新鑑定的二價染色質狀態在甘藍型油菜基因組織特異性表達中的重要作用。這些數據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。

華中農業大學沈金雄教授、李興旺教授和李國亮教授為通訊作者,博士生章清、管鵬鵬和博士後趙倫為該文章共同第一作者。

審核人:沈金雄

原文鏈接://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30451-2

責任編輯:劉濤