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千种拟南芥多组学研究解析表观遗传多样性

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千种拟南芥多组学研究解析表观遗传多样性

发布日期:2018-12-11 作者: 点击:

早在2000年,研究人员已完成拟南芥基因组测序。近年一个国际研究团队对来自不同地理位置的一千余种拟南芥植物进行基因组、转录组、甲基化组测序研究(The 1001 Epigenomes Project,表观基因组计划)。千种拟南芥多组学研究从全物种层面阐明遗传和表观遗传之间的联系,并解析植物独特的代谢过程,及与环境的相互作用以及它们的抗病和抗虫能力。


1、拟南芥基因组范围甲基化

在拟南芥基因组中,甲基化现象广泛存在,但是来自不同组织、不同发育阶段及不同地域的拟南芥中甲基化水平和位点不尽相同。在本次研究的1227个拟南芥个体中,745个个体的甲基化是此前未报道过的,总计获得1,107个甲基化组和1,203个转录组信息。

超过25%的基因呈现出基因体(gene-body)或者TE-like区(transposable element-like) 甲基化。至少有一种拟南芥中有超过1/3的胞嘧啶被甲基化,平均基因组甲基化水平为5.8%。78%的胞嘧啶甲基化在这些拟南芥间是不同的。


2、拟南芥甲基化与基因差异性表达高度关联

甲基化与基因表达紧密相关,基因体胞嘧啶甲基化的基因表达定量水平高于未甲基化和TE-like 区甲基化 (teM)的基因,TE-like 区甲基化的基因表达水平蕞低 。这种甲基化与基因组中的“跳跃基因”——转座子沉默有关联。

差异性甲基化区域(DMRs)相关基因的GO聚类分析表明,与housekeeping processes相关的基因,比如蛋白质定位与运输相关基因富集在CG-DMRs区域。在不同组织,不同环境中,差异性表达的基因,比如某些抗病性基因,富集在C-DMRs区域 (如CG , CHG 和 CHH 区域) 。

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Fig. 1对CG-DMRs (A)和C-DMRs(B)进行GO富集分析


3、拟南芥基因组结构变异

研究人员建立了9个拟南芥基因组的物理图谱,通过BioNano Irys平台,过滤后获得80G数据,得到 Contig N50 >1.1 Mb,平均每Mb 有6.2个结构变异,转座因子(TEs)存在于大多数SV位点(92%)。以1号染色体为例,插入缺失变异散布在染色体上。8号染色体上有一个 907kb 的倒转异位,包含 323kb 的插入。


4、抗病基因位点多在结构变异和甲基化变异同时存在的区域

参与免疫的一些基因比其他类型的基因显示出更多的遗传和表观遗传变异。这些免疫基因具有多变的表观组学技术服务等位基因状态,并与大范围的结构重排和转座子有关联。抗病基因家族区域是结构和表观变异主要位点之一。

大样本量的拟南芥基因组、转录组和甲基化组研究为植物的遗传变异和表观遗传变异研究提供基础。未来组一直关注多组学研究,基于PacBio SMRT测序技术开发了全基因组甲基化分析。在PacBio SMRT测序过程中,带有修饰基团的DNA碱基会出现荧光脉冲信号延迟(increased interpulse duration,IPD),从而在实时测序时被直接检测到。相比采用化学试剂对DNA样本预处理的传统方法,检测的准确度更高,操作更简便。

同时,未来组在亚洲人参考基因组“华夏一号”组装过程中,运用BioNano光学图谱辅助组装,不仅提升组装指标,更检测到结构变异,确定结构变异的断裂位点,解析结构变异的复杂性。详情请见-第一个基于三代测序的亚洲人参考基因组“华夏一号”。


参考文献

1. T. Kawakatsu, et al., EpigenomicDiversity in a Global Collection of Arabidopsis thaliana Accessions. Cell (2016)

2. Extensive variation revealed in 1,001genomes and epigenomes of Arabidopsis (2016, July 14) retrieved 18 July 2016 from http://phys.org/news/2016-07-extensive-variation-revealed-genomes-epigenomes.html


本文网址:http://www.igenebook.com/news/407.html

关键词:表观组学技术服务,基因表达调控,基因表达定量

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