文獻： Accessible chromatin regions and their functional interrelations with gene transcription and epigenetic modifications in sorghum genome （ 高粱基因組上可及染色質(zhì)區(qū)與基因轉錄和表觀修飾之間的關聯(lián) ）
第一單位：三峽大學

介紹

隨著植物表觀基因組學研究的不斷深入，人們對高粱基因組染色質(zhì)可及性和染色質(zhì)修飾進行了研究，揭示了植物可接近的染色質(zhì)區(qū)域（ACRs）和一些染色質(zhì)標記的進化保守功能。然而，高粱獨特基因組中的特定染色質(zhì)調(diào)控模式和機制仍需解決。此外，在高粱中，ACRs和表觀遺傳修飾的動態(tài)相互作用是否以及在多大程度上參與了染色質(zhì)可及性還不明確。

結果

1. 高粱基因組中ACRs的鑒定

作者對4個高粱BTx623（模式品種）的幼葉和莖組織（重復）進行了ATAC-seq，分別得到了 40201，36087，39423和37214個peak，通過pearson相關性分析（>0.9），說明數(shù)據(jù)具有高重復性。

• ACRs傾向于在常染色區(qū)富集，相同高粱組織全基因組5mC的分布則接近異染色區(qū)和著絲粒周區(qū)；
• 而H3K27me3的分布主要在染色體末端的常染色區(qū)（圖1A）。

具體來說，ACRs發(fā)生在22.9%的基因和2.7%的重復序列中（圖1B）。ACRs主要集中在啟動子區(qū)，基因間區(qū)和5‘UTR區(qū)（圖1B）。ACRs密度metaplots顯示，ACRs在基因編碼區(qū)的分布不均勻。

2. 參與高粱基因轉錄調(diào)控

針對3個相同年齡地上組織進行RNA-seq。結果表明，表達水平較高的基因（前20%）與表達水平較低的基因（后20%）相比，在TSS處的ACRs呈典型的尖銳峰；但在TTSs處沒有明顯的峰（圖2A）。這些結果表明，在高粱中，基因TSS上ACRs的積累有助于高粱基因轉錄的正調(diào)控。

接下來，作者根據(jù)ACRs與最近注釋基因的接近程度對其進行分類。

• 與鄰近注釋基因重疊至少1 bp的ACRs，稱為gACRs；
• 與鄰近基因間隔至少1 bp的定義為基因間區(qū)（intergenic regions， iACRs）（圖2B）。
• 在iACRs中，與最近基因距離超過2kb的定義為dACRs；
• 距離小于2kb的定義為pACRs（圖2B）。

然后，將所有基因分為四類：
（1）僅與gACRs相關的基因；
（2）僅與iACRs相關的基因；
（3）與gACRs和iACRs相關的基因；
（4）不與ACRs相關的基因。

結果顯示，只含gACRs或只含iACRs的基因的中位表達量和平均表達量，顯著高于不含ACRs的基因（圖2C）。與iACRs相比，gACRs在基因表達調(diào)控中起主導作用，提示ACRs的轉錄調(diào)控也與其自身的位置狀態(tài)有關。

3. ACRs與DNA胞嘧啶甲基化的通訊

作者對12日齡高粱葉片進行了亞硫酸氫鹽測序（BS-seq）。

• CG和CHG甲基化，主要分布在ACRs側翼區(qū)域，
• CHH甲基化，在ACRs的邊界富集并呈現(xiàn)出明顯的peak，
• 并且iACRs和gACRs上胞嘧啶甲基化模式不同，表明ACRs具有位置效應。

研究表明，ACR為轉錄調(diào)控子和相關表觀遺傳調(diào)控子的招募提供了必要的染色質(zhì)環(huán)境，從而在ACR相關區(qū)域及其周圍進行表觀遺傳標記（圖3）。
基因bodyCG和側翼轉錄區(qū)CHG甲基化，對基因表達的調(diào)控作用可能依賴于ACRs的位置效應。

4. DNA-N6-甲基腺嘌呤對ACRs的影響

為了探討6mA與ACRs的潛在相互作用，對同一時期的葉片，進行6mA-IP-seq分析。

在4個6mA-IP-seq重復中分別鑒定出非常相關的36858、31562、24061和25249個peak。啟動子和基因間區(qū)的6mA水平高于基因body，TSSs缺失，但在TTSs顯著升高。

然后，作者研究了ACRs如何以及在多大程度上影響6mA的富集。

• gACRs（圖4A）和iACRs（圖4B）的高密度有利于6mA的存在。
• 與其他類型相比，6mA在iACR相關基因的TTS中的富集程度明顯更高（圖4C）。
• 然而，研究表明，6mA和所有類型的ACRs的聯(lián)合作用，顯著促進了基因表達，而不同的ACR可能在不同程度上起作用（圖4D）。

最后，作者將ATAC-seq數(shù)據(jù)與已發(fā)表的數(shù)據(jù)進行了整合，包括DNase-seq（GSE97369）、ChIP-seq（H2A. Z， H3K4me1，H3K4me3，H3K27me3，H3K36me3和H3K56ac）（GSE128434）和RNA-seq，發(fā)現(xiàn)H3K27me3可能是ACR相關基因轉錄調(diào)控過程中一個主要的非活性表觀遺傳標記（圖5）。

總之，作者的數(shù)據(jù)提供了ACRs的全基因組圖譜，揭示了它們與表觀遺傳修飾的相互關系，并闡明了它們在高粱中的轉錄調(diào)控作用。