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

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

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可及性進行全基因組學的分析。研究發(fā)現，穿心蓮基因組廣泛存在染色質可及區(qū)（ACR），數量大致在30532個左右。與前人研究發(fā)現，這些ACR在基因轉錄起始位點（TSS）有顯著的富集，并且與基因表達的水平呈正相關的趨勢。通過基因組注釋發(fā)現，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，結合組蛋白修飾（H3K27me3，H3K4me3，H3K27ac）ChIP-seq實驗數據，發(fā)現這些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關聯的基因表達有不同的趨勢，例如，H3K4me3和H3K27ac二價修飾的ACR關聯的基因表達最高。ATAC-seq數據另外一個優(yōu)勢是可以用于做轉錄因子footprint分析，從而預測轉錄調控網絡。作者利用TOBIAS對穿心蓮的ACR進行footprint分析，預測許多參與穿心蓮內酯合成基因轉錄調控的轉錄因子，如bHLH，MYB等。特別的，這些轉錄因子結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測出一個保守的Motif （TCACCA）。最后，作者利用3C-qPCR還發(fā)現，增強子類的ACR可以通過染色質互作（Chromatin Loop）的三維轉錄調控方式介導某些穿心蓮內酯合成基因（e.g. HDR）的表達調控。這些研究結果暗示，染色質動態(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基因表達其中一個重要的調控因子，也是未來次生代謝品質形成研究的一個潛在的重要方向。

相關研究以“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、中國科學院廬山植物園生物信息學組黃銘坤副研究員、北京中藥研究所孫偉研究員、廣東省農業(yè)科學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)藥大學陳士林院士對論文給予高度的建議和指導工作。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基金、江西省自然科學基金、江西省重點學科學術技術帶頭人培養(yǎng)計劃領軍人才項目的支持。

（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可及性的基因組學分析。