发表单位：南京农业大学

发表日期：2022年3月14日

期  刊：Molecular Plant-Microbe Interaction (IF: 4.171)

前  言

        2022年3月14日南京农业大学植物病理系王源超研究团队在Molecular Plant-Microbe Interaction (IF: 4.171)期刊发表题为“ATAC-Seq Reveals the Landscape of Open Chromatin and cis-Regulatory Elements in the Phytophthora sojae Genome”的研究论文。该研究首次揭示疫霉菌开放染色质景观和染色质可及性与基因转录水平的关联性。

爱基百客为该研究提供了ATAC-seq的技术支持。

研究背景

        疫霉菌引起的作物疾病被认为是“植物瘟疫”，而大豆疫霉菌是引起大豆茎和根腐烂的丝状卵菌植物病原菌，在世界范围内严重影响大豆产量。精确的基因转录调控对大豆疫霉菌的发育和感染过程是非常有必要的。转录因子通过调控疫霉菌各个阶段的基因转录，在疫霉菌的生物学过程中发挥重要作用。因此，鉴定转录因子结合位点对于阐明它们的功能非常重要。然而，目前疫霉菌或植物病原真菌的染色质开放区研究还比较少。

研究思路

研究结果

1. 无核小体染色质开放区域的鉴定

研究者利用菌丝构建文库，进行ATAC-Seq分析。共获得了2千万个reads，序列片段分布具有明显的周期性。无核小体区域（NFR）和单核小体受保护区域（MNR）片段分布富集于启动子上游区域，单核小体受保护片段在无核小体区域富集呈现2个峰。启动子侧翼基因组区域含有较少的染色质可达峰，提示这些区域可能被核小体结合和保护。这些结果表明疫霉菌的ATAC-Seq实验是成功的。

序列片段以及峰的特征

2. 基因转录水平和染色质可及性相关

疫霉菌注释的19,230个基因，40%与NFR峰有关系，其中5724个基因与单峰有关，522个基因与多峰（2个或2个以上的峰）有关。分析靶基因转录水平与峰的数量之间关系，研究者发现单峰或多峰相关的基因表现出更高的转录水平，且多峰相关的基因转录水平高于单峰的。此外，研究还发现启动子区域的染色质可及性与疫霉菌中靶基因的转录水平呈正相关。

3. 足迹支持的顺式作用元件鉴定

作者鉴定得到56个候选motif，过滤掉8个冗余的motif后重现了NFR区域48个motif的分布。这48个motif中有25个展现出明显的足迹特征，它们是候选顺式作用元件。研究发现88%的motif类似于已报道的致病疫霉菌。

4. Motif位置偏好以及与基因转录的关系

核心启动子的大部分motif位于起始密码子上游的150bp范围内，不同的motif展现不同的位置偏好。不同motif的NFR峰表现出不同的染色质可及性，与不同的motif相关的基因呈现不同的转录水平。NFR峰以及包含在起始密码子附近motif的基因拥有更高的染色质可及性和转录水平。

该研究发现3,236个基因在核心启动子区包含1个及以上的足迹支持的motif，其中711个基因预测为疾病相关的基因。

总结：

作者的研究结果显示ATAC-Seq能够有效地应用于菌丝期的大豆疫霉菌，而且鉴定得到了足迹支持的顺式作用元件，这为后续蛋白与DNA互作实验提供了候选基因。

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