華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李興旺/李國亮/閻加培揭示水稻組蛋白H3K9ac修飾的晝夜振蕩模式和3D基因組結(jié)構(gòu)的節(jié)律動態(tài)變化

2023年8月12日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李興旺、李國亮及閻加培共同通訊在Nucleic Acids Research 上在線發(fā)表題為“Integrated 3D genome, epigenome and transcriptome analyses reveal transcriptional coordination of circadian rhythm in rice”的研究論文，為了研究水稻中基因表達(dá)節(jié)律的調(diào)控模式，該研究通過時間序列ATAC - seq分析了開放染色質(zhì)區(qū)域和轉(zhuǎn)錄因子( TF )足跡。雖然開放的染色質(zhì)區(qū)域沒有表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性變化，但大量的轉(zhuǎn)錄因子以時間依賴的方式節(jié)律性地與染色質(zhì)結(jié)合并驅(qū)動基因表達(dá)。

進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)作圖揭示了核心時鐘基因和參與光/溫度信號傳導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子之間的顯著相關(guān)性。ZT8特異表達(dá)基因的原位Hi - C同時表現(xiàn)出高度連接的染色質(zhì)關(guān)聯(lián)，而這種ZT8染色質(zhì)連接網(wǎng)絡(luò)在ZT20處解離，表明基因表達(dá)的晝夜節(jié)律受染色質(zhì)動態(tài)空間構(gòu)象的控制。這些發(fā)現(xiàn)共同證實了晝夜節(jié)律H3K9ac修飾、TF的染色質(zhì)關(guān)聯(lián)和基因表達(dá)之間存在同步機制，并為與基因表達(dá)節(jié)律相關(guān)的空間染色質(zhì)構(gòu)象的晝夜動態(tài)提供了新的見解。

      這項全面的全基因組研究探究了晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組和3D基因組結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)，并在不同的光照條件下表現(xiàn)出不同的晝夜節(jié)律特征。研究人員在全基因組水平上鑒定了長鏈非編碼RNA ( long non-coding RNAs，lncRNAs )表達(dá)的晝夜節(jié)律變化，發(fā)現(xiàn)振蕩lncRNAs與振蕩基因共表達(dá)。此外，該研究發(fā)現(xiàn)振蕩基因表達(dá)的調(diào)控不是通過染色質(zhì)開放的時間調(diào)控，而是通過轉(zhuǎn)錄因子與順式調(diào)控元件的時間依賴性結(jié)合而發(fā)生的。對3D基因組結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)之間的相互作用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)振蕩基因參與了時間依賴的染色質(zhì)相互作用。總之，這些結(jié)果對于全面理解水稻表觀遺傳修飾、空間染色質(zhì)動態(tài)和節(jié)律基因表達(dá)之間的晝夜協(xié)調(diào)關(guān)系具有重要意義。