我園在APSB（IF 14.5）發(fā)表中藥穿心蓮染色質(zhì)可及性（chromatin accessibility）的基因組特征圖譜解析

根據(jù)ENCODE計劃，非編碼DNA調(diào)控元件（Non-coding DNA cis-regulatory elements）如染色質(zhì)可及性（chromatin accessibility）在維持植物基因組穩(wěn)定性以及調(diào)控基因表達中起重要作用，最近幾年在植物中的報道已經(jīng)逐步增多。因此，是否這些重要的調(diào)控元件參與藥用植物基因表達調(diào)控、次生代謝品質(zhì)形成目前暫未發(fā)現(xiàn)。

作者選擇傳統(tǒng)中草藥穿心蓮（Andrographis paniculata）作為研究對象，利用ATAC-seq首先對穿心蓮基因組中的染色質(zhì)可及性進行全基因組學(xué)的分析。研究發(fā)現(xiàn)，穿心蓮基因組廣泛存在染色質(zhì)可及區(qū)（ACR），數(shù)量大致在30532個左右。與前人研究發(fā)現(xiàn)，這些ACR在基因轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS）有顯著的富集，并且與基因表達的水平呈正相關(guān)的趨勢。通過基因組注釋發(fā)現(xiàn)，ACR大部分落在遠端基因間區(qū)、外顯子、啟動子區(qū)間上。另外，結(jié)合組蛋白修飾（H3K27me3，H3K4me3，H3K27ac）ChIP-seq實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這些ACR大致可分為5個不同組蛋白修飾的cluster，并且具有不同組蛋白修飾的ACR關(guān)聯(lián)的基因表達有不同的趨勢，例如，H3K4me3和H3K27ac二價修飾的ACR關(guān)聯(lián)的基因表達最高。ATAC-seq數(shù)據(jù)另外一個優(yōu)勢是可以用于做轉(zhuǎn)錄因子footprint分析，從而預(yù)測轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。作者利用TOBIAS對穿心蓮的ACR進行footprint分析，預(yù)測許多參與穿心蓮內(nèi)酯合成基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，如bHLH，MYB等。特別的，這些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點可能在物種之間是保守的。例如GGPPS合成基因，在穿心蓮，擬南芥和大豆都可以預(yù)測出一個保守的Motif （TCACCA）。最后，作者利用3C-qPCR還發(fā)現(xiàn)，增強子類的ACR可以通過染色質(zhì)互作（Chromatin Loop）的三維轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式介導(dǎo)某些穿心蓮內(nèi)酯合成基因（e.g. HDR）的表達調(diào)控。這些研究結(jié)果暗示，染色質(zhì)動態(tài)變化，例如ACR以及組蛋白修飾可能是參與藥用植物次生代謝相關(guān)基因表達其中一個重要的調(diào)控因子，也是未來次生代謝品質(zhì)形成研究的一個潛在的重要方向。

相關(guān)研究以“Decoding the chromatin accessibility in Andrographis paniculata genome, a case study of genome-wide investigation of the cis-regulatory elements in medicinal plants”，在Acta Pharaceutica Sinica B上發(fā)表。江西省、中國科學(xué)院廬山植物園生物信息學(xué)組黃銘坤副研究員、北京中藥研究所孫偉研究員、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所王繼華研究員為本論文的共同通訊作者，黃銘坤副研究員為第一作者。成都中醫(yī)藥大學(xué)陳士林院士對論文給予高度的建議和指導(dǎo)工作。廬山植物園胡玉芳、張玲、楊華、馮晨、江西青峰藥業(yè)的蔣春紅，謝寧，劉地發(fā)參與了部分工作。這些工作得到國家自然科學(xué)基金、江西省自然科學(xué)基金、江西省重點學(xué)科學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人培養(yǎng)計劃領(lǐng)軍人才項目的支持。

（文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211383524002430?via%3Dihub）

 圖1. 穿心蓮基因組染色質(zhì)可及性的基因組學(xué)分析。