植物ATAC-seq文献集锦（四）——生物和非生物胁迫篇

ATAC-seq在植物研究领域的应用我们已经介绍3期了，最后一期我们聚焦ATAC-seq技术在生物和非生物胁迫方向的应用案例。

• 中文标题：HSFA1a调节植物热胁迫反应并改变增强子-启动子相互作用的三维染色质组织

• 发表时间：2023.01

• 发表期刊：Nature Communications（IF：16.6）

• 研究物种：番茄

• 胁迫类型：热胁迫

• 研究技术：Hi-C、HiChIP、ATAC-seq、ChIP-seq、PCHi-C、3C、双荧光素酶

• 主要内容：

本文深入研究了番茄在热胁迫下的染色质空间结构变化，发现热胁迫可以迅速改变染色质的三维结构，导致启动子和增强子之间的相互作用形成，这可能驱动了热胁迫响应基因的表达。研究还表明，这种染色质空间重组需要HSFA1a，这是一种对番茄热胁迫耐受性至关重要的转录因子。通过综合分析，研究提出了HSFA1a在调控热胁迫响应中的转录因子通过三维重组启动子-增强子接触来控制动态转录响应的模型。

Fig1. 高温胁迫对番茄染色质的高级组织有强烈的影响

• 中文标题：染色质重塑剂MdRAD5B通过偶联MdLHP1介导的H3K27me3增强苹果的抗旱性

• 发表时间：2024.03

• 发表期刊：Plant Biotechnol J（IF：13.8）

• 研究物种：苹果

• 胁迫类型：干旱胁迫

• 研究技术：ATAC-seq、RNA-seq、ChIP-seq、遗传转化、Y2H、Co-IP、酶活性测定、WB

• 主要内容：

研究鉴定了一个干旱诱导的染色质重塑因子MdRAD5B，它正向调控苹果的干旱耐受性。利用ATAC-seq分析表明MdRAD5B通过其染色质重塑功能影响466个干旱响应基因的表达。MdRAD5B与MdLHP1相互作用并通过非泛素依赖的20S蛋白酶体途径降解MdLHP1，MdLHP1是组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（H3K27me3）的关键调控因子。ChIP-seq分析揭示了MdRAD5B在干旱胁迫下调节615个基因的H3K27me3沉积。遗传互作分析显示MdRAD5B通过MdLHP1介导干旱响应基因的H3K27me3沉积，导致这些基因在干旱胁迫下的表达变化。研究结果阐明了MdRAD5B在苹果干旱响应中通过调控染色质重塑和H3K27me3的双重功能。

Fig2.MdRAD5B调节染色质的可及性来响应脱水

• 中文标题：水稻染色质蛋白OsHMGB1通过影响染色质可及性参与磷酸盐稳态和植物生长.

• 发表时间：2023.10

• 发表期刊：NEW PHYTOLOGIST（IF：9.4）

• 研究物种：水稻

• 胁迫类型：磷酸盐饥饿胁迫

• 研究技术：RNA-seq、ChIP-seq、ATAC-seq、RT-PCR、亚细胞定位、组织化学GUS分析、CRISPR-Cas9系统构建突变体、农艺性状测量和元素含量分析

• 主要内容：

本研究探讨了水稻中的染色质蛋白OsHMGB1在响应磷酸盐（Pi）缺乏信号中的生物学功能和作用机制。研究发现，OsHMGB1的表达受Pi饥饿诱导，并编码一个定位于细胞核的蛋白质。通过对Oshmgb1突变体和OsHMGB1过表达转基因植物的表型分析，研究表明OsHMGB1正向调节Pi稳态和植物生长。利用RNA-seq和ChIP-seq技术，研究人员发现OsHMGB1通过结合到其启动子区域来调节一系列磷酸盐饥饿响应（PSR）基因的表达。此外，ATAC-seq分析揭示了OsHMGB1参与维持染色质可及性，其占据与全基因组染色质可及性和基因表达水平呈正相关。这些结果表明OsHMGB1是一个转录促进因子，通过增加包含PSR基因的基因组区域的染色质可及性来调节这些基因的表达，从而维持水稻中的Pi稳态，揭示了植物适应Pi限制环境的关键表观遗传机制。

Fig3.OsHMGB1影响全基因组染色质的可及性

• 中文标题：染色质可及性和基因表达的整合揭示了提高梅花抗冻性的新调控因子

• 发表时间：2023.03

• 发表期刊：J Exp Bot（IF：7.378）

• 研究物种：梅花

• 胁迫类型：冷胁迫

• 研究技术：ATAC-seq、RNA-seq、生理指标测定

• 主要内容：

研究人员通过冷硬化处理梅花品种，测量了不同品种在冷硬化处理下的生理和生化指标，并使用ATAC-seq和RNA-seq技术对样品进行了测序分析。研究发现，冷硬化提高了梅花中可溶性物质的含量并增强了其抗冻能力。转录组分析表明，与Ca²⁺信号、MAPK级联、ABA信号以及ICE-CBF信号途径相关的候选差异表达基因（DEGs）在冷硬化过程中显著富集。染色质的开放程度与这些基因的表达水平呈正相关。研究特别关注了冷休克蛋白CS120-like（PmCSL）的染色质开放区域，发现其在冷硬化处理后的表达水平显著上调。在拟南芥中过表达PmCSL可以显著提高转基因植物的抗冻能力。这些发现为提高梅花抗冻性的分子调控机制提供了新的见解，并有助于培育抗寒性更强的梅花品种。

Fig4.开放染色质富集相关基因的鉴定

• 中文标题：转座酶可及染色质高通量测序(ATAC-seq)分析采后青霉菌感染过程中的分子反应

• 发表时间：2023.12

• 发表期刊：Postharvest Biology and Technology（IF：7.0）

• 研究物种：梨

• 胁迫类型：生物胁迫

• 研究技术：ATAC-seq、RT-qPCR

• 主要内容：

研究人员利用ATAC-seq技术筛选了在青霉菌感染下梨中响应的转录因子，并理解了染色质介导的基因调控在梨对感染防御中的作用。研究发现了9个在差异表达峰值中富集的转录因子，并通过GO和KEGG富集分析确定了与植物激素信号传导途径、植物-病原体互作途径、谷胱甘肽代谢途径、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成途径和类胡萝卜素生物合成途径相关的上调基因。特别是，研究中鉴定了在植物激素信号传导途径中的转录因子TGA、基因SAUR和CYCD3，以及在类胡萝卜素生物合成途径中的NCED和CYP707A的差异调控。通过RT-qPCR分析，验证了ATAC-seq分析梨中P. expansum感染的准确性。

Fig5.CK和T样本的染色质可及性景观

通过这四期文献集锦，我们全面地了解了ATAC-seq技术在植物研究中的广泛应用和重要价值。从基因组结构、生长发育调控、果实发育机制探索，到生物和非生物胁迫响应，ATAC-seq技术为我们揭示了植物基因组中活跃调控区域的神秘面纱，并阐释了这些区域如何与植物的各种生物学过程紧密相连。

在基因组篇展示了ATAC-seq技术在解析植物基因组三维结构、染色质开放性以及基因表达调控机制方面的应用，为植物基因组研究提供了强有力的工具；生长发育篇通过多个案例分析，展示了ATAC-seq技术在揭示植物基因组中调控生长发育的关键区域方面的重要作用；果实发育篇进一步聚焦于ATAC-seq技术在解析果实发育过程中染色质可及性变化、基因表达调控以及代谢途径调控等方面的重要价值；最后，在生物和非生物胁迫篇中，ATAC-seq技术被应用于解析植物在面对各种胁迫时的染色质和基因表达变化，为培育抗性更强的植物品种提供了新的分子靶点。

这些研究成果不仅丰富了我们对植物生长发育分子机制的理解，也为未来的植物育种和改良工作提供了新的策略和方向。随着技术的不断进步和应用的深入，我们有理由相信，ATAC-seq将继续在植物科学研究中发挥更加重要的作用，推动植物科学向更深层次的发展。

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