科學家完成普通小麥精細表觀組圖譜繪制及全基因組順式作用元件鑒定

 

　　廣泛種植的六倍體普通小麥具有龐大而復雜的基因組，高質(zhì)量的普通小麥全基因組序列于2019年初公布，大小約為16 Gb，是人類基因組的5倍。其中93%是非編碼序列，蘊含著豐富的基因遠端調(diào)控元件。在小麥全基因組水平準確鑒定順式元件并解析其調(diào)控機制，是研究小麥多倍化及馴化過程中基因表達調(diào)控的關(guān)鍵步驟。由于表觀修飾在基因調(diào)控過程中發(fā)揮了重要作用，有機整合表觀組信息有助于在全基因組水平精準預測順式調(diào)控區(qū)域。但是，與基因組序列相對簡單的模式生物相比，龐大而復雜的小麥基因組對組學數(shù)據(jù)產(chǎn)生與數(shù)據(jù)分析及機制解析均帶來巨大挑戰(zhàn)。

 

　　合作研究團隊生成并整合數(shù)十套小麥表觀組數(shù)據(jù)，通過開發(fā)和運用針對小麥表觀組數(shù)據(jù)的整合計算方法與分析流程，系統(tǒng)挖掘了小麥的全基因組順式調(diào)控元件并初步探索其作用機制，主要包括以下方面：1）刻畫不同類型調(diào)控元件的表觀修飾組合模式，以此為基礎(chǔ)預測上千個新的順式作用元件，其中包含啟動子和增強子等。通過瞬時轉(zhuǎn)化實驗進一步證明功能元件預測具有較高的準確度。上述工作鎖定六倍體小麥中1.5%基因組區(qū)域存在活躍的順式元件，為小麥功能基因組研究提供了重要參考信息，極大減少了基因調(diào)控機制研究工作量。2）鑒定增強子與啟動子的特異性序列特征，并揭示二者的差異調(diào)控機制。3）通過對小麥3套亞基因組的比較揭示了基因調(diào)控的選擇壓力作用于序列和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)兩個層面。

 

　　該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金委和教育部的資助。

 

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