用Pore-C技术检测拟南芥基因组多位点互作及关联甲基化修饰信息

用Pore-C技术检测拟南芥基因组多位点互作及关联甲基化修饰信息

李卓雯, 本科毕业于中国农业大学;博士就读于南方科技大学生物学专业翟继先课题组。 目前主要的关注领域是Nanopore测序技术,植物基因组学,转录组学。

  • 题目:用Pore-C技术检测拟南芥基因组多位点互作及关联甲基化修饰信息
  • 时间:美国中部时间 2022年03月16日(星期三)7AM(北京时间03月16日9PM)
  • 地点:Tecent and Bilibili live stream

中文摘要

随着高通量测序技术的发展,大量基于二代测序的组学研究技术被陆续开发,人们得以从多个层面了解基因组的组成、结构与功能。染色质捕获技术(Chromosome conformation capture)通过对染色质进行酶切和邻近连接得到的嵌合体序列进行测序,获得染色质互作信息,从而解析基因组的三维结构。其中,Hi-C和ChIA-PET是应用最广的基因组水平染色质捕获技术。Hi-C和ChIA-PET技术在植物中的应用,为我们提供了丰富的植物基因组结构信息,解析了包括拟南芥、水稻、番茄、玉米等在内的多种植物的染色体互作图谱。然而,由于二代测序读长的限制以及其双端测序的特点,Hi-C和ChIA-PET技术只能提供染色体位点两两互作的信息(two-way interaction),而染色质多位点之间的互作信息 (multi-way interaction) 只能由多个细胞的两位点互作信息推理得出。由于细胞间的差异性,这种推论并不一定准确。另外,Hi-C和ChIA-PET技术也无法保留序列上的表观修饰信息。其他捕获染色质多位点互作的技术,如SPRITE和ChIA-Drop,操作难度较大,难以在植物中应用推广。 Nanopore测序技术是一种长读长、单分子的测序技术。使用对过孔电流信号的解析,Nanopore技术可以读出平均长达30kb的碱基序列信息,并获得分子上包括m5C, hm5C, and m6A在内的表观修饰信息。2019年,Ulahannan等人开发了Pore-C技术,使用Nanopore对染色质酶切、连接后形成的多片段嵌合体序列进行长读段测序,成功地解析了哺乳动物细胞中的染色质多位点互作情况。本研究在拟南芥中应用Pore-C技术,首次对植物基因组的多位点互作情况进行解析,探讨了包括KNOT组成元件(KNOT ENGAGED ELEMENTs, KEEs)和端粒区在内的多位点互作情况。在Pore-C技术基础上,我们解析并讨论了Nanopore读段上与互作信息偶联的甲基化修饰信息。与Hi-C技术相比,Pore-C技术的建库流程也简洁许多。我们的研究证实了Pore-C是一种简单、准确、高效的植物基因组多位点互作捕获工具,能帮助我们对植物基因组的三维结构有进一步的理解。

参考文献

Zhuowen Li1,2,3,#, Yanping Long1,2,3,#, Yiming Yu1,2,3, Fei Zhang1,2,3,Hong Zhang1,2,3, Zhijian Liu1,2,3, Jinbu Jia1,2,3, Weipeng Mo1,2,3, Simon Zhongyuan Tian1, Meizhen Zheng1, and Jixian Zhai1,2,3,* 2022. Pore-C Simultaneously Captures Genome-wide Multi-way Chromatin Interaction and Associated DNA Methylation Status in Arabidopsis. Plant Biotechnology Journal. (Under review)

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CGM第518期:光皮木瓜基因组组装揭示其独特的苯丙素代谢通路

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03-31-2022 Likelihood based Mendelian randomization analysis with automated instrument selection and horizontal pleiotropic modeling

主讲人袁中尚,山东大学生物统计学系教授,博导,齐鲁青年学者,国家健康医疗大数据研究院跨组学研究中心PI,博士毕业于武汉大学概率论与数理统计专业,国际生物统计学会中国分会副秘书长,中国卫生信息与健康医疗大数据学会统计理论与方法专委会委员,中国数学会医学数学专委会委员。先后访问美国北卡大学(UNC-CH)生物统计学系、密歇根大学生物统计学系/统计遗传中心,主要研究方向为跨组学数据整合与系统流行病学统计理论方法,先后主持国家自然科学基金项目4项、省基金重大基础研究1项,国家重点研发计划子课题等,成果以方法学论文先后发表在Science advances、Nature Communications、American Journal of Human Genetics、Statistics in Medicine等杂志, 参编专著1部。 题目:Likelihood based Mendelian randomization analysis with automated instrument selection and horizontal pleiotropic modeling 地点:- Zoom会议 ID:861 0146 4725 密码:269044 Zoom会议链接:https://us06web.zoom.us/j/86101464725?pwd=bXphV2NYdGRZeVRaZys0WnNjczF4Zz09 中文摘要 Mendelian randomization (MR) is a common tool for identifying causal risk factors underlying diseases. Here, we present a method, MRAID, for effective MR analysis. MRAID borrows ideas from fine mapping analysis to model an initial set of candidate SNPs that are in potentially high linkage disequilibrium with each other and automatically selects among them the suitable instruments for causal inference.

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主讲人: 何力博士于2018年在中国科学院上海生命科学研究院取得博士学位,导师是朱健康院士。毕业后,继续在朱健康院士实验室继续博士后的研究工作。2021年博士后出站后,在中国科学院分子植物科学卓越创新中心任副研究员继续研究工作。 何力博士的研究兴趣是表观遗传修饰的调控、功能与应用,主要围绕DNA甲基化和组蛋白修饰。 题目:植物没有DNA甲基化后,会变成什么样? 时间:美国中部时间 2022年03月30日(星期三)6AM(北京时间03月30日8PM) 地点:Tecent and Bilibili live stream 中文摘要 无论是哺乳动物还是植物,其基因组上胞嘧啶碱基第5个碳原子上都存在一种叫做甲基化的表观遗传修饰。不同于哺乳动物的DNA甲基化,其主要发生在CG位点,植物的DNA甲基化更加复杂,它可以发生在CG、CHG和CHH位点(其中H是除C以外的任何碱基)。拟南芥等多种模式植物的研究,使我们对于DNA 甲基化的建立和遗传机制有了广泛而深入的认识。但是,至今我们还不确定: (1)有多少个DNA甲基化转移酶参与维持拟南芥的DNA甲基化? (2)DNA甲基化对于植物的重要性有多大?(3)没有DNA甲基化后,植物会变成什么样? 2022年3月14日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心,上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究组在Nat Commun杂志在线发表了题为“DNA methylation-free Arabidopsis reveals crucial roles of DNA methylation in regulating gene expression and development”的研究论文。该项研究首次创造无DNA甲基化的植物,回答了前面的三个科学问题。作者全面揭示了DNA甲基化在植物发育和基因表达调控过程中的作用。 作者巧妙的联合经典遗传学和CRISPR/Cas9的方法同时突变了拟南芥5个已知功能的DNA甲基化转移酶,发现该突变的拟南芥竟然丢失了所有的DNA甲基化,作者将此突变体命名为mddcc。mddcc代表第一个人造的无DNA甲基化的植物。它为研究DNA甲基化在真核生物的作用与意义打开全新的一扇门。mddcc表现出极端的发育缺陷,包括但不限于极端的矮小、无法开花、SAM和RAM的活性受到极大的抑制。令人惊讶的是mddcc的存活时间要远远的长于野生型。这表明DNA甲基化对于拟南芥的正常发育是必须,但是对于其存活却不是必须的。因而,甲基化的胞嘧啶并不像腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶那样是一个基础的遗传元件。进一步的,作者发现植物一旦丢失了所有的DNA甲基化后,基因组中大量的跳跃基因处于活跃状态,并且发生了跳跃。通过对转录组的分析发现DNA甲基化以多种方式调控基因的表达,其中剂量效应占主导。这些发现不仅推动了我们对DNA 甲基化在植物乃至其他高等生物的基因表达调控和个体发育过程中所扮演的作用和意义的认识和理解,它还建立了一个研究DNA甲基化在特定生物学过程中作用的框架。 参考文献 He L, Huang H, Bradai M, Zhao C, You Y, Ma J, Zhao L, Lozano-Durán R, Zhu JK (2022). DNA methylation-free Arabidopsis reveals crucial roles of DNAmethylation in regulating gene expression and development. Nat Commun, 13(1):1335.