華中農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)布RiceENCODE水稻表觀基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫

 

　　該數(shù)據(jù)庫基于團(tuán)隊(duì)此前發(fā)表的水稻20個(gè)品系參考表觀基因組圖譜（https://www.nature.com/articles/s41467-020-16457-5 ）和水稻高分辨率三維基因組結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) （https://www.nature.com/articles/s41467-019-11535-9 ），收集了公開發(fā)表的水稻多品種多組織多維度的表觀基因組信息，展示了水稻不同類型的染色質(zhì)調(diào)控元件，立體地呈現(xiàn)了水稻品種和組織間復(fù)雜的基因表達(dá)調(diào)控關(guān)系。這是參照人類的ENCODE計(jì)劃，推進(jìn)水稻功能基因組研究的重要一步。

 

 

　　該數(shù)據(jù)庫收集了包括ChIP-seq, ATAC-seq, MNase-seq, FAIRE-seq, BS-seq, RNA-seq, ncRNA-seq, Hi-C和ChIA-PET 等共計(jì)972套水稻高通量組學(xué)數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)處理流程，得到了多維度的高質(zhì)量表觀和三維基因組數(shù)據(jù)（參見圖1）。

 

　　研究者構(gòu)建了綜合的數(shù)據(jù)庫搜索頁面，用戶可在數(shù)據(jù)庫的基因組瀏覽器中查看不同品種、多種組織的表觀基因組數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)自己需求，選擇不同類型的表觀基因組數(shù)據(jù)，查詢目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)基因的表觀修飾信息。該數(shù)據(jù)庫還提供了大量結(jié)果數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)文件都可在下載頁面下載。用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行下游分析。

 

　　另外，該數(shù)據(jù)庫引入了水稻三維基因組數(shù)據(jù)。用戶不僅可以查詢目標(biāo)區(qū)間參與的所有染色質(zhì)遠(yuǎn)程交互信息，還可查詢兩兩基因之間擁有的多層級(jí)交互基因網(wǎng)絡(luò)，為水稻多基因之間共轉(zhuǎn)錄、共調(diào)控提供參考（圖2）。

 

　　總之，該數(shù)據(jù)庫全面展示了多維度水稻表觀基因組數(shù)據(jù)，涵蓋了水稻不同品系不同組織間的表觀基因組動(dòng)態(tài)變化模式，為水稻功能基因組研究領(lǐng)域提供了解析水稻表觀基因組和染色質(zhì)遠(yuǎn)程互作信息的重要研究平臺(tái)。

 

　　人類的疾病和動(dòng)植物的表型性狀，都與該物種的基因正確表達(dá)密切相關(guān)。而基因的表達(dá)，不完全由基因的DNA序列決定，而是同時(shí)與DNA調(diào)控元件的調(diào)控息息相關(guān)。2003年提出并實(shí)施的人類ENCODE計(jì)劃（即DNA調(diào)控元件百科全書計(jì)劃）通過整合DNA、RNA和表觀修飾等多個(gè)層面的數(shù)據(jù)建立了多組學(xué)的人類基因組DNA調(diào)控元件數(shù)據(jù)庫，注釋了人類基因組中數(shù)以百萬計(jì)的DNA調(diào)控元件，增強(qiáng)了我們對人類功能基因組的理解。同時(shí)，ENCODE計(jì)劃的一系列技術(shù)和成果，為后續(xù)人類或模式生物基因調(diào)控的功能挖掘提供了極大幫助和支持。

 

　　水稻（Oryza sativa L.）是我國乃至世界重要的糧食作物，同時(shí)也是基礎(chǔ)研究的重要模式植物。水稻基因組DNA順式調(diào)控元件的注釋和鑒定，對理解水稻基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理有重要意義。因此，一個(gè)整合了水稻多元表觀基因組數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，將極大地方便研究人員查詢和分析水稻的表觀遺傳信息，促進(jìn)水稻表觀和三維基因組研究。

 

　　課題組負(fù)責(zé)人介紹，基因的正確表達(dá)，相當(dāng)于一個(gè)機(jī)器的正常運(yùn)行，需要各個(gè)零件的正常工作。而水稻基因表達(dá)涉及多少零件，以前的知識(shí)是零散的。這數(shù)據(jù)庫相當(dāng)于發(fā)布了水稻基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的“零件庫”，方便大家在研究中選取合適的零件，組成基因表達(dá)的機(jī)器，正確表達(dá)相關(guān)基因。打個(gè)形象的比方即相當(dāng)于樂高中的零件，現(xiàn)在整理出來一個(gè)最完整的“零件庫”和相對完整的“零件列表”，大家可選擇自己想要的零件，組裝自己想要的機(jī)器。

 

　　李國亮教授和李興旺教授為通訊作者，博士生謝亮為文章第一作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)自主科技創(chuàng)新基金的支持。

 

　　Abstract:Rice （Oryza sativa L.） is one of the most important crops in the world and a common model plant for genomic research. In recent years, the application of Hi-C, ChIA-PET, and other chromosome conformation capture technologies in rice had made it more and more important to study the epigenomics and the spatial structure of rice genomes. Epigenomics and three-dimensional （3D） genomic structures are essential in research for development and breeding. However, it is still a big challenge for many groups that lack dedicated bioinformatic personnel or sufficient computational resources to utilize such epigenetic data. In this study, we combined the published three-dimensional interactive data ChIA-PET, Hi-C, transcriptome data （RNA-Seq） and the epigenomic datasets （ChIP-Seq, ATAC-Seq, MNase-Seq, FAIRE-Seq, WGBS） to construct a comprehensive epigenomic database as rice Encyclopedia of DNA Elements （RiceENCODE http://glab.hzau.edu.cn/RiceENCODE）。 This database contains 972 data sets, which is the largest one for rice epigenomics up to our best knowledge. We hope that such a comprehensive rice epigenome database could serve as an important platform for studying molecular breeding, subpopulation comparison, and differences of epigenetic regulation in rice.

 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205221003312