基于高通量测序的棉花DNase Ⅰ超敏感位点的鉴定和分析

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棉花是重要的经济作物,棉纤维是纺织工业的重要原材料之一。目前,不同棉种基因组测序草图已完成,但对其功能基因组仍然知之甚少。DNase-seq技术是发掘基因组调控元件,揭示基因表达调控机制的新方法。本研究选取陆地棉及其两个祖先种雷蒙德氏棉和中棉为材料,采用DNase-seq技术,对这三个棉种在全基因组范围内开展了调控元件的发掘工作。并将识别出的调控元件分别与转录组数据(RNA-seq)和 H3K27me1、H3K27me3、H3K27ac 的组蛋白修饰数据(ChIP-seq)进行了关联分析,进一步探究获取的调控元件的特点。在全基因组水平鉴定分析的DNase I超敏感位点的数量和分布特征就代表着一些调控元件的数量和分布特点。研究结果如下:(1)雷蒙德氏棉鉴定出了 61,351个DNase I超敏感位点,在中棉全基因组鉴定出了 47,242个,在陆地棉全基因组鉴定出了 54,740个。(2)分析并比较了三个棉种内各自的调控元件在染色体以及基因不同位置的分布情况,发现调控元件集中分布在染色体臂上,在异染色质区域分布稀少,与基因组上基因的分布高度相关。(3)对位于基因不同位置的调控元件的长度进行统计分析表明位于基因间区和转录起始位点上游1,000 bp到下游100 bp区域的DH位点长度比基因其他位置的长。此外,调控元件的的GC含量要远高于基因组平均水平。(4)结合转录组数据,发现高表达基因通常具有DH位点存在,并且发现高表达基因对DNase Ⅰ酶更加敏感,反映了高表达基因会具有更松散的染色质状态,有利于基因的高效表达。(5)结合三类组蛋白修饰数据,发现H3K27ac在DH位点处会显著富集,并且发现在基因间区DNase I超敏感位点区域H3K27me3的含量要高于其他位置。在不同棉种中组蛋白H3K27me1会有不同的变化趋势。通过研究这些组蛋白和DNase I超敏感位点的相关性来进一步分析转录调控元件的类型以及对基因表达调控的影响。
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