拟南芥全基因组增强子鉴定和方法比较

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增强子是一类非常重要的广泛分布于基因组中的DNA调控元件,它可以增强目标基因的转录并且没有方向性和距离性偏好。在人类、小鼠和果蝇等模式生物中的增强子鉴定已经得到了广泛的研究,但作为模式植物的拟南芥还缺乏一个对全基因组范围增强子的功能性鉴定。目前已有的增强子鉴定方法中大部分都无法测定增强子的活性,并且这些方法间的区别和联系还缺乏比较系统的研究。因此,我们使用STARR-seq技术对拟南芥全基因组范围内的增强子活性进行测定,并且对STARR-seq技术进行了改进,使其检测到了更完整的增强子转录信息,然后我们分析了STARR-seq鉴定的增强子的基因组分布、表观遗传信号、基因表达、转录因子富集和染色质相互作用等特征,同时还将STARR-seq的增强子结果与DNase-seq代表的染色质可及性测定方法鉴定的DHS增强子,H3K4me1代表的组蛋白修饰方法鉴定的增强子进行了比较和分析。我们发现STARR-seq鉴定的拟南芥增强子在TSS、5’UTR、CDS和3’UTR等靠近基因两端的区域富集,并且增强子的存在与否、增强子的密度和增强子的分布对近端基因表达水平都有积极的影响,我们根据表观遗传信号把增强子分为了活跃增强子、预备增强子、静态增强子和重复区增强子等4类,不同类型增强子的表观信号、基因组分布、近端基因表达水平等特征有着显著的差异。我们对STARR-seq、DHS和H3K4me1鉴定的增强子进行的比较和分析发现三种增强子有着截然不同的基因组分布,并且不同方法的增强子之间的重合度比较低,而三种增强子之间的近端基因表达水平比较显示STARR-seq鉴定的增强子的转录调控活性高于DHS和H3K4me1。通过对拟南芥全基因组范围的增强子鉴定方法的比较和分析,我们发现不同方法鉴定的增强子结果存在巨大的差异,因此我们认为结合增强子的活性、染色质可及性和组蛋白修饰特征的对每一个增强子进行评估可能更为可靠。综上所述,我们得到了由不同方法鉴定的全基因组范围的拟南芥增强子图谱,该图谱为进一步研究增强子的转录调控机制和应用提供了基础,同时不同增强子鉴定方法的比较结果也可以为其他物种中的增强子研究提供一个方法性的参考。
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