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(lán)型油菜表觀遺傳學(xué)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(lán)型油菜亞基因組間不平衡的表觀遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并鑒定出植物中一種新的二價(jià)染色質(zhì)狀態(tài)（H3K4me1-H3K27me3），為甘藍(lán)型油菜和其它多倍體植物的表觀遺傳學(xué)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(xì)胞中調(diào)控基因的組成型和特異性表達(dá)。甘藍(lán)型油菜是重要的異源四倍體農(nóng)作物，有著復(fù)雜的基因組學(xué)信息，但其表觀遺傳學(xué)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(gè)親本為實(shí)驗(yàn)材料，利用它們四個(gè)組織（幼葉、根、花蕾和角果）的五個(gè)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(lán)型油菜中最大的表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)集，并在此基礎(chǔ)上全面系統(tǒng)的繪制了甘藍(lán)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(lán)型油菜ENCODE計(jì)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(lán)型油菜An和Cn兩個(gè)亞基因組間的表觀遺傳學(xué)修飾進(jìn)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_(dá)偏倚是平衡的，更高表達(dá)水平的同源基因有著更高的活躍相關(guān)的表觀遺傳學(xué)修飾。但An亞基因組特有基因的整體表達(dá)和表觀遺傳學(xué)活性水平都要遠(yuǎn)高于Cn亞基因組，猜測亞基因組特有基因是甘藍(lán)型油菜亞基因組間不平衡的重要原因之一。
作者在甘藍(lán)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(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，作者鑒定了一種新的H3K4me1-H3K27me3二價(jià)染色質(zhì)狀態(tài)。該染色質(zhì)狀態(tài)普遍存在于基因本體上，與甘藍(lán)型油菜基因的組織特異性表達(dá)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(xué)功能有待進(jìn)一步深入研究。
該研究全面概述了甘藍(lán)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(xué)基礎(chǔ)、不同類型重復(fù)基因的表觀遺傳學(xué)差異以及新鑒定的二價(jià)染色質(zhì)狀態(tài)在甘藍(lán)型油菜基因組織特異性表達(dá)中的重要作用。這些數(shù)據(jù)為全面解析異源四倍體甘藍(lán)型油菜的基因組提供了重要的資源。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)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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