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.2008年5月2日；133(3):523-36.
doi:10.1016/j.cell.2008.03.029。

拟南芥表观基因组高度整合的单碱基分辨率图谱

瑞安·利斯特 1, 罗南·C·奥马利, 朱利安·托蒂·菲利皮尼, 布莱恩·格雷戈里, 查尔斯·贝里, 哈维·米勒, 约瑟夫·R·埃克
附属公司

拟南芥表观基因组高度整合的单碱基分辨率图谱

瑞安·利斯特等。 单元格. .

摘要

解读控制转录的表观遗传调控的多层结构对于理解植物如何发育和对环境作出反应至关重要。利用序列分析-合成技术，我们直接测序胞嘧啶甲基组（methylC-seq）、转录组（mRNA-seq）和小RNA转录组（smRNA-seg），以生成野生型拟南芥和DNA甲基转移酶或脱甲基酶活性缺陷突变体的高度整合表观基因组图。在单碱基分辨率下，我们发现了以前未检测到的广泛DNA甲基化，确定了每个位点的甲基化背景和水平，并观察了甲基化状态的局部序列效应。smRNAs的深度测序揭示了smRNA的位置与DNA甲基化之间的直接关系，CpG DNA甲基化缺失时smRNA生物发生的扰动，以及smRNA在RNA-DNA同源区域中直接链特异性DNA甲基化的趋势。最后，股特异性mRNA-seq揭示了DNA甲基化状态改变后数百个基因、转座子和未标记基因间转录物的转录丰度发生改变。

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数字

图1
图1。野生型Col-0的DNA甲基化背景和染色体分布
（A） 根据AnnoJ浏览器中显示的1号染色体区域的亚硫酸氢转化测序读数（底部面板），在Col-0中识别出甲基胞嘧啶（顶部面板）。（B） 在Col-0的每个序列上下文中确定的甲基胞嘧啶的分数，其中H=A、C或T。（D） 每个序列上下文中甲基化百分比的分布。y轴表示显示每个甲基化百分比的总甲基胞嘧啶的分数（x轴），其中甲基化百分比是指亚硫酸氢盐转化后含有胞嘧啶的参考胞嘧啶的读取分数。在10%的箱子内计算分数，如x轴所示。
图2
图2。相邻碱基对胞嘧啶甲基化频率的影响
（A–C）（A）CHG、（B）CHH和（C）CG上下文中胞嘧啶的甲基化频率显示为近端碱基组成的函数。碱基组成对特定胞嘧啶上游两个位置（−2）到下游四个碱基（+4）的影响通过将甲基胞嘧啶的数量除以每个位置每个碱基的总胞嘧啶来进行询问。（D） 在基因组中所有基因上游1kb区域的五个200 bp对片段中计算每个CG四聚体的百分比（-1到+2）。对于每个四聚体，800–1000 bp区域中的百分比贡献被用于归一化所有其他区域。
图3
图3。DNA甲基转移酶和DNA脱甲基酶突变体植物中的甲基化
（A） 每个基因型的每个序列上下文中甲基胞嘧啶的分数。仅对所有基因型的序列读取深度在6到10之间的位置进行比较。（B） 每个突变体中的甲基胞嘧啶数量与每200 kb的Col-0的比率，其中读取深度为6–10。水平线代表Col-0，标绘线代表突变体相对于Col-0的甲基化百分比。（C） 在Col-0和Col-0中，每个上下文中DNA甲基化在整个基因和1 kb上游和下游的平均分布满足1。值被标准化为每个轮廓中的最高点。（D） 超甲基化位点密度关系型数据DNA甲基化位点的数量关系型数据列示了启动子（上游1 kb）、5′UTR、基因体和3′UTR在Col-0中的缺失，以及每个特征长度的甲基化密度。计算了在不同密度下限上包含超甲基化的特征的数量，并且针对每个下限，每种类型的特征数量相对于计数最多的特征进行了标准化。
图4
图4。小分子RNA长度分布及DNA甲基化与24-mer小分子RNA的重叠
（A） 核苷酸频率和分布位于24-mer smRNAs的侧翼和内部。（B） 甲基胞嘧啶的分布是指甲基胞嘧啶与位于两侧各位置和唯一排列的24-mer smRNAs内的所有胞嘧啶的比率。缩写：mC，与smRNA序列相关的义链上的甲基胞嘧啶；C、 感觉链上的总胞嘧啶；mC*，反义链上的甲基胞嘧啶；C*，反义链上的总胞嘧啶。
图5
图5。甲基胞嘧啶密度与smRNA丰度相关
（A–C）核基因组中所有1 kb区域的层次聚类，这些区域在Col-0和（A）之间具有显著不同的甲基胞嘧啶和smRNA密度满足1，（B）直接数字控制、和（C）关系型数据（见实验程序）。黄色表示甲基胞嘧啶密度变化大于3倍，smRNA序列碱基数量差异大于5倍；黑色表示在折叠变化阈值以上没有变化。最小甲基胞嘧啶：每千碱8个，最小smRNA：每千碱基300个序列碱基。（D） Col-0和Col-0中的DNA甲基化和smRNA满足1（E）Col-0和关系型数据。显示DNA甲基化位点和smRNA的轨迹。smRNA根据其唯一性在内部着色（红色：映射到单个位置，灰色：映射到多个位置），周围的方框指示大小类别（橙色：21-mer，黑色：24-mer），阴影表示拷贝数（较深：拷贝数较多，较浅：拷贝数较少）。缩写：mC，甲基胞嘧啶。
图6
图6。DNA甲基化与smRNAs相互作用的不同模式
（A） 在Col-0和满足1或直接数字控制和没有差异的区域（请参见实验过程）。黄色表示mC密度大于3倍和/或smRNA差异大于5倍；黑色表示在阈值以上没有差异（mC密度或smRNA序列碱基的变化小于2倍）。最小Col-0 mC：每千碱8个，最小Col-0-smRNA：每千碱基300个序列碱基。（B–F）在AnnoJ浏览器中可视化的各种集群的典型示例。图中显示了DNA甲基化位点和smRNA的轨迹。smRNA的颜色如图5所示。缩写：mC，甲基胞嘧啶。
图7
图7。通过mRNA-Seq鉴定DNA甲基化调控的上调转座子和基因间转录子
（A） 转座子/假基因在拟南芥每个基因型中存在或不存在基于mRNA-seq的转录证据的基因组。（B） 转座子的超甲基化关系型数据.位于copia-like反转录转座子内部和附近的甲基胞嘧啶的浏览器可视化地址：2g24660。只有在关系型数据（C）DNA甲基转移酶突变体中鉴定的上调基因间转录物满足1（箭头所示）。如图所示，DNA甲基化位点显示，颜色反映甲基化背景。
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中的注释

  • 表观基因组测序已经成熟。
    朱JK。 朱JK。 单元格。2008年5月2日；133(3):395-7. doi:10.1016/j.cell.2008.04.016。 单元格。2008 PMID：18455978 免费PMC文章。

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