大豆组蛋白甲基化修饰的组织特异性研究

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表观遗传是指在DNA序列不发生改变的情况下,发生了可遗传的基因表达改变,导致表型变异的现象。而组蛋白修饰作为表观遗传的重要研究内容,影响染色质状态和随后的基因表达。PcG类蛋白的PRC2复合体以及TrxG类蛋白的COMPASS复合体作为H3K27me3和H3K4me3的修饰酶,最早在果蝇中被发现共同调控身体形成重要基因的特异性表达,维持胚胎发生过程中身体部分形态的正确发生,在细胞命运决定中起着至关重要的作用。然而,对两者在植物器官发生过程中发挥的作用所知甚少。因此在本研究中,我们利用Williams 82品种VC期大豆作为实验材料,利用其顶端分生组织、单叶、上胚轴以及下胚轴进行ChIP-seq实验寻找各个组织中H3K4me3和H3K27me3差异富集的区域,研究H3K4me3单价修饰、H3K27me3单价修饰以及Bivalent的特点。同时利用四个组织之间H3K4me3单价修饰、H3K27me3单价修饰以及Bivalent的共同和差异位点,研究三种修饰类型的组织特异性。同时联合转录组分析进一步揭示H3K4me3单价修饰、H3K27me3单价修饰以及Bivalent大豆生长发育、器官发生过程中发挥的作用。以期为组蛋白甲基化修饰调控植物动态发育过程的机制奠定理论与实践基础。主要结论如下:1.在顶端分生组织中,H3K27me3修饰数量较多,覆盖度较高。在单叶以及上下胚轴中,H3K4me3修饰数量较多,覆盖度较高。H3K27me3修饰长度长,距离基因转录起始位点(TSS)区较远。H3K4me3修饰较短,接近基因TSS区。2.通过对H3K4me3和H3K27me3关联分析,区分H3K4me3单价修饰、H3K27me3单价修饰以及Bivalent区域。对这三种类型进行区域特征的分析发现,随着大豆器官的发生,H3K4me3单价修饰位点数量增加,修饰水平上升,促进基因的表达;H3K27me3单价修饰位点数量减少,修饰水平变化不明显,抑制基因表达;Bivalent位点数量先增加后下降,水平变化不明显,抑制基因表达。3.从各组织器官的分布情况来看,H3K4me3单价修饰在大豆器官发育过程中,没有偏好性地在已分化组织中显著地增加。H3K27me3单价修饰在大豆发育早期普遍存在,随着组织的发生,其修饰位点在不同组织中特异地重新分配。而Bivalent对新分化组织具有偏好性,特异性地在新分化器官中产生,随着组织分化程度的升高,二价修饰的产生逐渐减少。4.H3K4me3单价修饰主要与细胞组织基本结构的形成有关;H3K27me3单价修饰主要与基础代谢和器官发育有关;Bivalent主要与细胞动态响应环境变化有关。
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