植物eChIP-seq技术的建立与甘蓝型油菜表观基因组图谱的构建

ChIP-seq (chromatin immunoprecipitation followed by sequencing) is a powerful technology to study epigenetics and interactions between proteins and DNA, and has been widely used for profiling genome-wide binding sites of histone modifications and transcription factors. However, the ChIP-seq methods currently used in plants are high input, inefficient and costly, limiting its application in plants. This project intends to establish a novel plant efficient ChIP-seq (eChIP-seq) technology, which is low sample, low cost and effective, and could provide powerful technology for the research of plant epigenetics and molecular biology. Through comprehensive analysis of DNA methylation, histone modifications, binding sites of RNAPII, and transcriptome data from rapeseed (Brassica napus), we construct its epigenomic map, analyze the dynamic changes of chromatin states from distinct tissues, and uncover the mechanism of epigenetic and gene transcription regulated by genetic variations between two lines. This research not only provides a theoretical basis for rapeseed functional genomics, but also provides a reference for the epigenetic studies of other polyploid plants.

ChIP-seq是研究蛋白质与DNA互作和表观遗传学的常规技术，广泛用于全基因组转录因子结合位点和组蛋白修饰分析。目前在植物领域通用的ChIP-seq方法，起始样品用量大、效率低，而且建库成本高，限制了其在植物中的广泛应用。本项目拟建立植物通用的ChIP-seq新技术eChIP-seq。初步结果显示，新技术样品用量少、成本低、简便高效，可以为植物表观遗传学和分子生物学研究提供技术支持。本项目应用eChIP-seq方法，综合分析甘蓝型油菜两个品系的5种组蛋白修饰及RNAPII结合位点，并结合DNA甲基化，构建表观基因组图谱，分析不同组织的染色质状态动态变化，整合相应的转录组数据，解析品系间遗传变异控制表观遗传修饰和基因表达的机制，拓展甘蓝型油菜功能基因组学研究，为其他多倍体植物的表观遗传学研究提供借鉴。

ChIP-seq是研究蛋白质与DNA互作和表观遗传学的常规技术，广泛用于全基因组转录因子结合位点和组蛋白修饰分析。目前在植物领域使用的常规ChIP-seq方法，起始样品用量大、效率低，限制了其在植物中的广泛应用。本研究建立了植物通用的高效ChIP-seq方法：eChIP-seq。eChIP-seq方法样品用量少、成本低、简便高效，可广泛应用于鉴定拟南芥、油菜、水稻和玉米等单子叶和双子叶植物的组蛋白修饰图谱和转录因子全基因组结合位点，为植物表观遗传学和分子生物学研究提供技术支持。. 基于eChIP-seq和其他技术，我们启动了油菜基因组百科全书（rapeseedENCODE）计划。通过综合分析甘蓝型油菜两个品系的DNA甲基化、组蛋白修饰、开放染色质区域和转录组数据，我们绘制了多倍体甘蓝型油菜表观基因组参考图谱，阐释了A、C亚基因组转录的表观遗传基础，分析了不同组织的染色质状态动态变化，解释了甘蓝型油菜A、C亚基因组间不平衡的表观遗传学基础，并鉴定出植物中一种新的二价染色质状态（H3K4me1-H3K27me3）。本研究服务于甘蓝型油菜分子育种，也为其他多倍体植物的表观遗传学研究提供借鉴。. 此外，我们启动了水稻ENCODE计划，产生了500多套组学数据，绘制了20个水稻品系的表观基因组图谱，定义了15种染色质状态，鉴定了启动子元件和增强子样启动子元件的染色质特征。水稻中存在大量具有增强子活性的启动子，这些启动子不仅调控相邻基因的表达，还可以作为增强子，通过染色质远程相互作用，调控远端与其互作基因的表达。总之，该研究完成了水稻顺式调控元件和染色体状态的注释，鉴定到的籼粳稻之间染色体状态差异为研究水稻品种分化和环境适应性提供了独特视角，也为全面解析水稻基因组结构提供重要资源。