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.2021年4月14日；11(1):8178.
doi:10.1038/s41598-021-87635-8。

H3K4me2 ChIP-Seq揭示了蘑菇形成过程中的表观遗传景观和裂褶菌群落的新型发育调控因子

彼得·扬·沃克 1, 罗宾·A·欧 2
附属公司

H3K4me2 ChIP-Seq揭示了蘑菇形成过程中的表观遗传景观和裂褶菌群落的新型发育调控因子

彼得·扬·冯克等。 科学代表. .

摘要

蘑菇的形成是真菌中最复杂的多细胞发育。在蘑菇裂褶菌群落的模型中，比较基因组学和转录组学先前已经产生了蘑菇发育的调控模型。然而，对表观遗传调控的作用知之甚少。我们使用染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq）来确定赖氨酸4二甲基化在组蛋白H3（H3K4me2）上的分布，组蛋白H4是转录活性基因在单核和双核发育过程中的标记。我们在单核和双核发育过程中分别鉴定了6032和5889个位点。这些位点在基因翻译起始位点附近高度富集。尽管两种条件下的总体表观遗传学景观相似，但我们在单核或双核发育过程中确定了837个差异富集位点，与965个基因相关。六个转录因子基因在双核发育过程中富集在H3K4me2中，表明这些基因在发育过程中受到表观遗传学调控。其中两个基因（fst1和zfc7）的缺失导致子实体发育受阻，导致蘑菇未成熟。这些结果共同表明，H3K4me2 ChIP-Seq是一种强有力的新工具，可用于绘制蘑菇发育期间表观遗传景观的重组图。此外，它还可以用于识别新的发育调节因子。

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作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
图1
哺乳动物抗H3K4me2和H3K27me3对组蛋白H3甲基化的识别。(A类)来自动物界（红色）、植物界（绿色）和真菌界（蓝色）的12个研究良好的物种的组蛋白H3的50个N端氨基酸的序列比对。显示了四个主要赖氨酸甲基化位点。氨基酸根据Clustal X颜色方案进行颜色编码。虽然赖氨酸K4、K9、K27和K36在所有物种中都是保守的，但紧邻K27下游的担子菌中发生了几个替换和插入(灰霉菌和裂褶菌). 这在57种（包括49种真菌）的更大数据集中得到了进一步证实（补充图1）。(B类)在88小时龄的单核和双核细胞以及HeLa全细胞裂解液上进行H3K4me2和H3K27me3的Western blot。这些条带的存在表明，H3K4me2可以通过赖氨酸4二甲基化抗人类组蛋白H3的抗体检测到，而H3K27me3不能通过赖氨酰27三甲基化抗人组蛋白H4的抗体检测出来。H3K4me2和H3K27me3的全长印迹分别如补充图2和3所示。
图2
图2
单核的(A类)和双核的(B类)的增长裂褶菌90小时后H4-8A。单核细胞对称生长，双核细胞不对称生长，菌落边缘形成菌丝聚集体（蘑菇发育的第一阶段）。
图3
图3
组蛋白H3 K4二甲基化在支架2上单核和双核发育期间的分布和表达。(A类)对照样品和H3K4me2 ChIP样品在基因组代表性部分的读取深度概述（支架2:1742000–1762000）。对照组显示整个基因组的同质读取深度，而ChIP导致基因翻译起始位点（TIS）周围的富集。大多数富集位点都是在单核和双核发育过程中发现的，而有些富集位点是每个发育条件所特有的。(B类)支架2上10个基因的表达变化（蓝色）和H3K4me2富集（红色）。正数表示双核生长期间较高的表达和富集，负数表示单核生长期间高表达和富集。星号（*）表示 > 表达上的双重绝对变化。
图4
图4
H3K4me2在单核和双核发育过程中的峰分布。(A类)H3K4me2在裂褶菌单核发育过程中的基因组。(B类)H3K4me2在裂褶菌双核体发育过程中的基因组。(C类)在单核（虚线）和双核（连续线）样本中，在基因翻译起始位点（TIS）周围读取计数频率6000 bp。富集范围为TIS上游约375 bp至下游1500 bp，TIS下游100 bp为最高值。单核和双核样本的分布非常相似。(D类)样品与从H3K4me2 ChIP-Seq中获得的复制品之间的相关性。同一样本重复次数之间的相关性为 > 0.95，而单核和双核样本之间的相关性约为0.8。这表明H3K4me2景观在整个发展阶段得到了相当大的保护。
图5
图5
转录因子基因的读取深度和表达fst1型（蛋白质ID Schco3|2601101）和zfc7型（蛋白质ID Schco3 | 2601101）。(A类,B类)H3K4me2 ChIP在单核（绿色）和双核（红色）发育过程中的标准化读取深度fst1型(A类)和zfc7型(B类). 读取深度中的重叠以橙色表示。确定的峰值如下所示。两者都有fst1型和zfc7型在双核体发育期间增加了读取深度和更宽的峰值。(C类,D类)的表达式fst1型(C类)和zfc7型(D类)在蘑菇形成期间裂褶菌95%置信区间由黑色误差条表示。这两种转录因子在原基形成期间都增加了表达。
图6
图6
野生型蘑菇的发育(A类,D类),Δfst1(B类,E类)和Δzfc7(C类,F类)双核体。(A类–C类)代表完整的殖民地和(D类–F类)代表着子实体的放大。比例尺代表2.5 mm。
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