8月27日,Molecular Plant線上發表了華中農業大學李國亮教授和生科院李興旺教授團隊聯合發表的題為RiceENCODE: a comprehensive epigenomic database as rice Encyclopedia of DNA Elements的研究論文,報導了一個綜合水稻多元錶觀基因組數據的資料庫。
該資料庫基於團隊此前發表的水稻20個品系參攷錶觀基因組圖譜(https://www.nature.com/articles/s41467-020-16457-5)和水稻高解析度三維基因組結構數據(https://www.nature.com/articles/s41467-019-11535-9),收集了公開發表的水稻多品種多組織多維度的錶觀基因組資訊,展示了水稻不同類型的染色質調控元件,立體地呈現了水稻品種和組織間複雜的基因表達調控關係。這是參照人類的ENCODE計畫,推進水稻功能基因組研究的重要一步。
圖1.水稻DNA調控元件資料庫RiceENCODE的框架結構
圖2.水稻的染色質互動遠程網絡和瀏覽器截圖
該資料庫收集了包括ChIP-seq,ATAC-seq,MNase-seq,FAIRE-seq,BS-seq,RNA-seq,ncRNA-seq,Hi-C和ChIA-PET等共計972套水稻高通量組學數據,通過標準化的資料處理流程,得到了多維度的高品質錶觀和三維基因組數據(參見圖1)。
研究者構建了綜合的資料庫蒐索頁面,用戶可在資料庫的基因組瀏覽器中查看不同品種、多種組織的錶觀基因組數據。用戶可根據自己需求,選擇不同類型的錶觀基因組數據,査詢目標區域或目標基因的錶觀修飾資訊。該資料庫還提供了大量結果數據資訊,這些資料檔案都可在下載頁面下載。用戶可根據自己的需要進行下游分析。
另外,該資料庫引入了水稻三維基因組數據。用戶不僅可以査詢目標區間參與的所有染色質遠程互動資訊,還可査詢兩兩基因之間擁有的多層級互動基因網絡,為水稻多基因之間共轉錄、共調控提供參攷(圖2)。
總之,該資料庫全面展示了多維度水稻錶觀基因組數據,涵蓋了水稻不同品系不同組織間的錶觀基因組動態變化模式,為水稻功能基因組研究領域提供了解析水稻錶觀基因組和染色質遠程互作信息的重要研究平臺。
人類的疾病和動植物的錶型性狀,都與該物種的基因正確表達密切相關。而基因的表達,不完全由基因的DNA序列决定,而是同時與DNA調控元件的調控息息相關。2003年提出並實施的人類ENCODE計畫(即DNA調控元件百科全書計畫)通過綜合DNA、RNA和錶觀修飾等多個層面的數據建立了多組學的人類基因組DNA調控元件資料庫,注釋了人類基因組中數以百萬計的DNA調控元件,增强了我們對人類功能基因組的理解。同時,ENCODE計畫的一系列科技和成果,為後續人類或模式生物基因調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,同時也是基礎研究的重要模式植物。水稻基因組DNA順式調控元件的注釋和鑒定,對理解水稻基因表達調控機理有重要意義。囙此,一個綜合了水稻多元錶觀基因組數據的資料庫,將極大地方便研究人員査詢和分析水稻的錶觀遺傳資訊,促進水稻錶觀和三維基因組研究。
課題組負責人介紹,基因的正確表達,相當於一個機器的正常運行,需要各個零件的正常工作。而水稻基因表達涉及多少零件,以前的知識是零散的。這資料庫相當於發佈了水稻基因轉錄調控的“零件庫”,方便大家在研究中選取合適的零件,組成基因表達的機器,正確表達相關基因。打個形象的比方即相當於樂高中的零件,現在整理出來一個最完整的“零件庫”和相對完整的“零件清單”,大家可選擇自己想要的零件,組裝自己想要的機器。
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研發計畫,國家自然科學基金和華中農業大學自主科技創新基金的支持。
原文連結:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205221003312
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