ChIP-seq等在揭示植物H3K27me3相關(guān)轉(zhuǎn)座元件沉默模式中的應(yīng)用
轉(zhuǎn)座元件（transposable elements,TEs）是基因組中能夠移動(dòng)和復(fù)制的重復(fù)序列，其活動(dòng)通常對(duì)宿主生物有害，因此被宿主嚴(yán)格調(diào)控。然而，TEs的活動(dòng)在進(jìn)化中也扮演了重要角色，例如通過(guò)為附近基因提供遺傳或表觀遺傳調(diào)控模塊來(lái)影響轉(zhuǎn)錄程序。TEs沉默通常與高DNA甲基化相關(guān)，而在植物中，TEs的甲基化可以發(fā)生在CG、CHG和CHH三種序列環(huán)境中，并與組蛋白H3K9二甲基化（H3K9me2）耦合，這兩種表觀遺傳標(biāo)記共同抑制TEs的表達(dá)和轉(zhuǎn)座，從而保證基因組完整性。另一方面，H3K27me3與基因轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)，通常與發(fā)育、生殖或代謝和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的蛋白編碼基因有關(guān)。盡管H3K27me3和DNA甲基化通常被認(rèn)為是互斥的系統(tǒng)，分別特異性靶向基因和TEs的轉(zhuǎn)錄沉默，但有研究表明在某些情況下，這兩種標(biāo)記可以共存并協(xié)同作用。
近日，法國(guó)巴黎薩克雷大學(xué)細(xì)胞綜合生物學(xué)研究所Angélique Déléris團(tuán)隊(duì)以模式生物擬南芥為研究對(duì)象，研究了植物中轉(zhuǎn)座元件（TEs）的表觀遺傳沉默機(jī)制，特別是與H3K27me3（組蛋白H3K27三甲基化）相關(guān)的沉默狀態(tài)。研究結(jié)果揭示了在野生型擬南芥中，許多TEs可以被H3K27me3單獨(dú)靶向并沉默（而不依賴DNA甲基化沉默機(jī)制）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了TEs在不同擬南芥自然生態(tài)型之間存在表觀遺傳狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，即從DNA甲基化到H3K27me3的相互轉(zhuǎn)換，這一現(xiàn)象被稱為“bifrons”。相關(guān)研究成果以“Alternative silencing states of transposable elements in Arabidopsis associated with H3K27me3”為題發(fā)表于《Genome Biology》（IF：10.1）期刊。
標(biāo)題：Alternative silencing states of transposable elements in Arabidopsis associated with H3K27me3（擬南芥中與 H3K27me3 相關(guān)的轉(zhuǎn)座因子可變沉默狀態(tài)）
發(fā)表時(shí)間：2025-01-20
期刊：Genome Biology
影響因子：IF10.1/Q1
技術(shù)平臺(tái)：ChIP-seq、BS
研究摘要
DNA/H3K9甲基化和Polycomb蛋白組（Polycomb-group，PcG）-H3K27me3沉默通路長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為在哺乳動(dòng)物、植物和真菌中是互斥的，并且分別特異性地作用于轉(zhuǎn)座元件（TEs）和基因。但即使在DNA/H3K9甲基化機(jī)制缺失情況下，許多TEs仍然可以被H3K27me3靶向，有時(shí)甚至與DNA甲基化共存。
本研究結(jié)果揭示了在野生型擬南芥植物中，TEs也可以被H3K27me3單獨(dú)靶向并沉默。這些被H3K27me3標(biāo)記的TEs不僅包括退化殘跡，還包括看似完整的拷貝，它們顯示出響應(yīng)性PcG靶基因的表觀遺傳特征以及活躍的H3K27me3調(diào)控。同時(shí)，H3K27me3可以以TE特異性方式沉積在新插入的轉(zhuǎn)基因TE序列上，表明沉默由順式（ cis）作用決定。最后通過(guò)比較擬南芥的自然生態(tài)型發(fā)現(xiàn)了一類TEs（稱為“bifrons”），它們的標(biāo)記取決于生態(tài)型，要么被DNA甲基化標(biāo)記，要么被H3K27me3標(biāo)記。這種差異可以追溯到TEs的內(nèi)在特征以及反式作用因子，并揭示TEs在其生命周期中表觀遺傳狀態(tài)變化。
總之，本研究揭示了開花植物中與H3K27me3相關(guān)的可變TE沉默模式，同時(shí)還表明了在物種水平上兩種表觀遺傳標(biāo)記（DNA甲基化和H3K27me3）之間存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，這一新的范式可能擴(kuò)展到其他多細(xì)胞真核生物。
研究方法
（1）ChIP-seq技術(shù)：檢測(cè)H3K27me3在TEs上的分布情況。
（2）BS技術(shù)：用于分析TEs的DNA甲基化水平。
結(jié)果圖形
（1）在野生型擬南芥植物中，許多TE只由H3K27me3標(biāo)記
研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥基因組中有超過(guò)4000個(gè)TEs被H3K27me3標(biāo)記，這些TEs不僅包括退化的殘跡，還包括看似完整的拷貝。這些TEs顯示出與響應(yīng)環(huán)境或發(fā)育信號(hào)的經(jīng)典PcG靶基因相似的染色質(zhì)特征，其H3K27me3模式受到組蛋白H3K27去甲基化酶的積極調(diào)控。
根據(jù)H3K27me3和DNA甲基化的覆蓋長(zhǎng)度，將TEs分為四類。其中，“class 3”僅被H3K27me3標(biāo)記，占TE總數(shù)的15%，但僅占TE堿基的8.4%。這些TEs傾向于分布在短TE類別中（尤其是小于1kb的TE），而長(zhǎng)TEs（大于3.5kb）通常與DNA甲基化相關(guān)，盡管一小部分長(zhǎng)TEs（大于3.5kb）僅被H3K27me3標(biāo)記。
這些TEs在基因組中的分布與DNA甲基化的TEs不同，它們不僅存在于異染色質(zhì)區(qū)域，還分散在常染色質(zhì)臂和近著絲粒區(qū)域。
圖1：在野生型擬南芥（Col-0）中，許多轉(zhuǎn)座元件（TEs）被H3K27me3標(biāo)記。
A. 代表性基因組瀏覽器視圖顯示野生型Col-0中兩個(gè)被H3K27me3標(biāo)記的TEs的H3K27me3（紅色）、DNA甲基化（灰色）和組成型異染色質(zhì)組蛋白變體H2A.W（灰色）水平。
B. 基于表觀遺傳修飾的TE分類的維恩圖。當(dāng)CG甲基化在TE長(zhǎng)度上的平均值＞50%時(shí)，TE被定義為“DNA甲基化”（類別1-2）。當(dāng)H3K27me3 peaks至少覆蓋TE長(zhǎng)度的20%時(shí)，TE被定義為處于H3K27me3狀態(tài)。
C. 按TE長(zhǎng)度分類的TE類別的分布堆疊條形圖。
D. 對(duì)大于3.5 kb的TE進(jìn)行LTR Copia預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)域數(shù)量箱線圖，ns=不顯著。
E. 顯示大于3.5 kb的TE在基因組中分布示意圖。
F. 按TE長(zhǎng)度分類的所有TEs或H3K27me3標(biāo)記的TEs的TE超家族分布堆疊條形圖。
G. 顯示TE亞家族成員被H3K27me3標(biāo)記的百分比與TE拷貝數(shù)量之間的相關(guān)性圖。
H. 基于每個(gè)TE拷貝的H3K27me3水平的熱圖。上圖：ATCOPIA12；下圖：ATCOPIA48。
（2）H3K27me3標(biāo)記的TEs具有沉默且響應(yīng)的基因表觀遺傳特征，其轉(zhuǎn)錄受PcG抑制
H3K27me3標(biāo)記的TEs中有23%和22%分別含有H2A.Z或H2AK121ub標(biāo)記，這些標(biāo)記通常與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄抑制基因相關(guān)。這表明這些TEs具有沉默但可響應(yīng)的基因特征。
在arp6（H2A.Z沉積缺失）和atbmi（H2AK121ub沉積缺失）突變體中，部分TEs的H3K27me3水平降低，表明H3K27me3的沉積依賴于H2A.Z和H2AK121ub。此外，在ref6 elf6 jmj13三重突變體中，許多H3K27me3標(biāo)記的TEs顯示出更高的H3K27me3水平，表明這些TEs的H3K27me3模式受組蛋白去甲基化酶調(diào)控。
在swn clf PRC2雙突變體中，約2/3的H3K27me3標(biāo)記的TEs顯著上調(diào)，表明H3K27me3在擬南芥中可以轉(zhuǎn)錄抑制TEs表達(dá)。
B. 維恩圖顯示在大于3.5 kb的TEs上H3K27me3、H2A.Z變體和H2AK121ub的存在情況。
C. 代表性基因組瀏覽器視圖展示來(lái)自第3類（被H3K27me3標(biāo)記）的2個(gè)TEs的ChIP-seq數(shù)據(jù)，顯示了野生型（WT）中的H2AK121ub（淺綠色）、H2A.Z（深綠色）和H3K27me3（紅色）標(biāo)記。
D. Metagenes圖顯示了在WT和arp6突變體（該突變體在H2A.Z摻入受影響的TE亞集中存在缺陷）中H3K27me3（上圖）和H2A.Z（下圖）的水平。
E. Metagenes圖顯示了在WT和atbmi1a/b/c突變體（該突變體在H2AK121ub沉積受影響的TE亞集中存在缺陷）中H3K27me3（上圖）和H2AK121ub（下圖）的水平。
F. Metagenes圖顯示了在WT和ref6 elf6 jmj13三重H3K27me3去甲基化酶突變體中H3K27me3的水平。左側(cè)圖表示在WT中已被H3K27me3標(biāo)記但在ref6 elf6 jmj13中該標(biāo)記增加的TEs。右側(cè)圖表示在WT中未被H3K27me3標(biāo)記但在ref6 elf6 jmj13中該標(biāo)記顯現(xiàn)的TEs。
G. 代表性基因組瀏覽器視圖展示了來(lái)自第3類的2個(gè)TEs在野生型和ref6 elf6 jmj13中的H3K27me3（紅色）標(biāo)記。
H. 代表性瀏覽器視圖展示TE在野生型和swn clf雙突變體中的H3K27me3（紅色）和RNA（藍(lán)色）。
I. 箱線圖顯示與野生型相比，在swn clf雙突變體中顯著上調(diào)的第3類TEs（4656個(gè)中有3161個(gè)）。
（3）H3K27me3標(biāo)記以順式?jīng)Q定方式被招募到新插入的轉(zhuǎn)基因TEs上
通過(guò)將三個(gè)不同的COPIA LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子序列克隆到二元載體中，并將其插入植物基因組，研究新插入的TEs是否能夠招募H3K27me3。結(jié)果表明，這些新插入的TEs能夠以序列特異性的方式招募H3K27me3，表明H3K27me3的招募依賴于TE序列本身的內(nèi)在特征。
B. 左側(cè)圖：代表性基因組瀏覽器視圖顯示在兩個(gè)獨(dú)立的植物群體中，H3K27me3的平均分布（IP-INPUT）在COPIA12B序列（頂部圖）上，這些植物要么被轉(zhuǎn)化了無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)基因（Ctrl），要么被轉(zhuǎn)化了感興趣的TE。在“Ctrl”軌跡中的H3K27me3信號(hào)反映內(nèi)源TE的H3K27me3狀態(tài)。在“Tr.”軌跡中的H3K27me3信號(hào)反映內(nèi)源+轉(zhuǎn)基因的H3K27me3狀態(tài)：與對(duì)照線相比更高的信號(hào)表明除了內(nèi)源基因外，轉(zhuǎn)基因TE上也招募了H3K27me3。轉(zhuǎn)基因群體之間的變異性反映了轉(zhuǎn)基因TE拷貝數(shù)的差異。中間圖：UBQ和FLC分別作為H3K27me3招募的陰性和陽(yáng)性對(duì)照。右側(cè)圖：通過(guò)在引入SNP的區(qū)域?qū)?nèi)源和轉(zhuǎn)基因COPIA12B序列進(jìn)行H3K27me3免疫沉淀的定量來(lái)確定轉(zhuǎn)基因上的招募。
C. 左、中和右圖與B中的COPIA21序列相同。
（4）群體水平上的TE中在DNA甲基化和Polycomb標(biāo)記之間轉(zhuǎn)換
通過(guò)比較擬南芥不同自然生態(tài)型（如Col-0和KBS-Mac-74）的H3K27me3和DNA甲基化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在一類TEs（稱為“bifrons”），其在不同生態(tài)型中表現(xiàn)出表觀遺傳狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，即從DNA甲基化到H3K27me3或反之。
B. 盒須圖顯示在Col-0和KBS-Mac-74中，八個(gè)不同TE簇的H3K9me2水平（以RPKM表示）和H3K27me3水平。
C. 代表性基因組瀏覽器視圖顯示在Col-0和KBS-Mac-74兩個(gè)生態(tài)型中，一個(gè)同源TE拷貝的H3K27me3和DNA甲基化水平（紅色：H3K27me3，深灰色：CG甲基化，灰色：CHG甲基化，淺灰色：CHH甲基化，黑色條：TE注釋）。
（5）某些TEs上H3K27me3的沉積與TE的順式?jīng)Q定因子以及反式作用因子在遺傳上相關(guān)
通過(guò)對(duì)近500個(gè)擬南芥自然生態(tài)型的DNA甲基化數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），發(fā)現(xiàn)TEs的表觀遺傳狀態(tài)轉(zhuǎn)換與TE序列本身（cis-determinants）以及參與DNA甲基化的轉(zhuǎn)錄因子（trans factors）相關(guān)。
B. 曼哈頓圖展示了靶向COPIA12D（AT5TE36920）的單變量全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）結(jié)果，分別為mCG（上圖）、mCHG（中圖）和mCHH（下圖）。水平線表示全基因組顯著性水平。黃色框表示與DNA甲基化相關(guān)的反式作用因子的峰值，粉色框表示TE的順式區(qū)域。
C. 130個(gè)不同生態(tài)型中AT5TE36920序列的系統(tǒng)發(fā)育樹。右側(cè)標(biāo)示了遺傳距離。紅色加粗的生態(tài)型表示COPIA12D無(wú)DNA甲基化，被認(rèn)為被H3K27me3標(biāo)記。黑色的生態(tài)型表示COPIA12D存在DNA甲基化。灰色的生態(tài)型表示沒(méi)有關(guān)于COPIA12D表觀遺傳狀態(tài)的信息。
易小結(jié)
本研究揭示了通過(guò)ChIP-seq等技術(shù)擬南芥中TEs的一種與H3K27me3相關(guān)的可變沉默機(jī)制。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了TEs在物種水平上表觀遺傳狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，這一現(xiàn)象可能擴(kuò)展到其他多細(xì)胞真核生物。這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀念，即擬南芥TEs僅通過(guò)DNA甲基化進(jìn)行沉默，并為理解TEs在進(jìn)化中的作用提供了新的視角。
ChIP-seq和BS測(cè)序技術(shù)在本研究中的作用
ChIP-seq技術(shù)：用于檢測(cè)H3K27me3在TEs上的分布情況，揭示了TEs的表觀遺傳特征以及H3K27me3與H2A.Z和H2Aub的共定位。通過(guò)ChIP-seq，研究人員鑒定出哪些TEs被H3K27me3標(biāo)記，并分析這些標(biāo)記的動(dòng)態(tài)變化。
BS技術(shù)：用于分析TEs的DNA甲基化狀態(tài)，與ChIP-seq數(shù)據(jù)相結(jié)合，幫助研究人員理解TEs的表觀遺傳狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過(guò)亞硫酸鹽測(cè)序，研究人員能夠確定TEs在不同生態(tài)型中DNA甲基化差異，從而揭示表觀遺傳狀態(tài)轉(zhuǎn)換的分子基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
Hure, V., Piron-Prunier, F., Yehouessi, T. et al. Alternative silencing states of transposable elements in Arabidopsis associated with H3K27me3. Genome Biol 26, 11 (2025). https://doi.org/10.1186/s13059-024-03466-6
近日，法國(guó)巴黎薩克雷大學(xué)細(xì)胞綜合生物學(xué)研究所Angélique Déléris團(tuán)隊(duì)以模式生物擬南芥為研究對(duì)象，研究了植物中轉(zhuǎn)座元件（TEs）的表觀遺傳沉默機(jī)制，特別是與H3K27me3（組蛋白H3K27三甲基化）相關(guān)的沉默狀態(tài)。研究結(jié)果揭示了在野生型擬南芥中，許多TEs可以被H3K27me3單獨(dú)靶向并沉默（而不依賴DNA甲基化沉默機(jī)制）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了TEs在不同擬南芥自然生態(tài)型之間存在表觀遺傳狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，即從DNA甲基化到H3K27me3的相互轉(zhuǎn)換，這一現(xiàn)象被稱為“bifrons”。相關(guān)研究成果以“Alternative silencing states of transposable elements in Arabidopsis associated with H3K27me3”為題發(fā)表于《Genome Biology》（IF：10.1）期刊。
標(biāo)題：Alternative silencing states of transposable elements in Arabidopsis associated with H3K27me3（擬南芥中與 H3K27me3 相關(guān)的轉(zhuǎn)座因子可變沉默狀態(tài)）
發(fā)表時(shí)間：2025-01-20
期刊：Genome Biology
影響因子：IF10.1/Q1
技術(shù)平臺(tái)：ChIP-seq、BS
研究摘要
DNA/H3K9甲基化和Polycomb蛋白組（Polycomb-group，PcG）-H3K27me3沉默通路長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為在哺乳動(dòng)物、植物和真菌中是互斥的，并且分別特異性地作用于轉(zhuǎn)座元件（TEs）和基因。但即使在DNA/H3K9甲基化機(jī)制缺失情況下，許多TEs仍然可以被H3K27me3靶向，有時(shí)甚至與DNA甲基化共存。
本研究結(jié)果揭示了在野生型擬南芥植物中，TEs也可以被H3K27me3單獨(dú)靶向并沉默。這些被H3K27me3標(biāo)記的TEs不僅包括退化殘跡，還包括看似完整的拷貝，它們顯示出響應(yīng)性PcG靶基因的表觀遺傳特征以及活躍的H3K27me3調(diào)控。同時(shí)，H3K27me3可以以TE特異性方式沉積在新插入的轉(zhuǎn)基因TE序列上，表明沉默由順式（ cis）作用決定。最后通過(guò)比較擬南芥的自然生態(tài)型發(fā)現(xiàn)了一類TEs（稱為“bifrons”），它們的標(biāo)記取決于生態(tài)型，要么被DNA甲基化標(biāo)記，要么被H3K27me3標(biāo)記。這種差異可以追溯到TEs的內(nèi)在特征以及反式作用因子，并揭示TEs在其生命周期中表觀遺傳狀態(tài)變化。
總之，本研究揭示了開花植物中與H3K27me3相關(guān)的可變TE沉默模式，同時(shí)還表明了在物種水平上兩種表觀遺傳標(biāo)記（DNA甲基化和H3K27me3）之間存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，這一新的范式可能擴(kuò)展到其他多細(xì)胞真核生物。
研究方法
（1）ChIP-seq技術(shù)：檢測(cè)H3K27me3在TEs上的分布情況。
（2）BS技術(shù)：用于分析TEs的DNA甲基化水平。
結(jié)果圖形
（1）在野生型擬南芥植物中，許多TE只由H3K27me3標(biāo)記
研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥基因組中有超過(guò)4000個(gè)TEs被H3K27me3標(biāo)記，這些TEs不僅包括退化的殘跡，還包括看似完整的拷貝。這些TEs顯示出與響應(yīng)環(huán)境或發(fā)育信號(hào)的經(jīng)典PcG靶基因相似的染色質(zhì)特征，其H3K27me3模式受到組蛋白H3K27去甲基化酶的積極調(diào)控。
根據(jù)H3K27me3和DNA甲基化的覆蓋長(zhǎng)度，將TEs分為四類。其中，“class 3”僅被H3K27me3標(biāo)記，占TE總數(shù)的15%，但僅占TE堿基的8.4%。這些TEs傾向于分布在短TE類別中（尤其是小于1kb的TE），而長(zhǎng)TEs（大于3.5kb）通常與DNA甲基化相關(guān)，盡管一小部分長(zhǎng)TEs（大于3.5kb）僅被H3K27me3標(biāo)記。
這些TEs在基因組中的分布與DNA甲基化的TEs不同，它們不僅存在于異染色質(zhì)區(qū)域，還分散在常染色質(zhì)臂和近著絲粒區(qū)域。
圖1：在野生型擬南芥（Col-0）中，許多轉(zhuǎn)座元件（TEs）被H3K27me3標(biāo)記。
B. 基于表觀遺傳修飾的TE分類的維恩圖。當(dāng)CG甲基化在TE長(zhǎng)度上的平均值＞50%時(shí)，TE被定義為“DNA甲基化”（類別1-2）。當(dāng)H3K27me3 peaks至少覆蓋TE長(zhǎng)度的20%時(shí)，TE被定義為處于H3K27me3狀態(tài)。
C. 按TE長(zhǎng)度分類的TE類別的分布堆疊條形圖。
D. 對(duì)大于3.5 kb的TE進(jìn)行LTR Copia預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)域數(shù)量箱線圖，ns=不顯著。
E. 顯示大于3.5 kb的TE在基因組中分布示意圖。
F. 按TE長(zhǎng)度分類的所有TEs或H3K27me3標(biāo)記的TEs的TE超家族分布堆疊條形圖。
G. 顯示TE亞家族成員被H3K27me3標(biāo)記的百分比與TE拷貝數(shù)量之間的相關(guān)性圖。
H. 基于每個(gè)TE拷貝的H3K27me3水平的熱圖。上圖：ATCOPIA12；下圖：ATCOPIA48。
（2）H3K27me3標(biāo)記的TEs具有沉默且響應(yīng)的基因表觀遺傳特征，其轉(zhuǎn)錄受PcG抑制
H3K27me3標(biāo)記的TEs中有23%和22%分別含有H2A.Z或H2AK121ub標(biāo)記，這些標(biāo)記通常與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄抑制基因相關(guān)。這表明這些TEs具有沉默但可響應(yīng)的基因特征。
在arp6（H2A.Z沉積缺失）和atbmi（H2AK121ub沉積缺失）突變體中，部分TEs的H3K27me3水平降低，表明H3K27me3的沉積依賴于H2A.Z和H2AK121ub。此外，在ref6 elf6 jmj13三重突變體中，許多H3K27me3標(biāo)記的TEs顯示出更高的H3K27me3水平，表明這些TEs的H3K27me3模式受組蛋白去甲基化酶調(diào)控。
在swn clf PRC2雙突變體中，約2/3的H3K27me3標(biāo)記的TEs顯著上調(diào)，表明H3K27me3在擬南芥中可以轉(zhuǎn)錄抑制TEs表達(dá)。
圖2：H3K27me3在TEs上可與H2AUb和H2A.Z相關(guān)聯(lián)，表現(xiàn)出活躍的去甲基化和轉(zhuǎn)錄抑制。
A. 堆疊條形圖顯示在H3K27me3標(biāo)記的TEs中，按大小范圍分類的被H2A.Z變體或H2AK121泛素化標(biāo)記TEs的分布情況。如果一個(gè)TE同時(shí)存在H3K27me3和H2A.Z或H3K27me3和H2AK121ub的峰重疊，則該TE被認(rèn)為共標(biāo)記。B. 維恩圖顯示在大于3.5 kb的TEs上H3K27me3、H2A.Z變體和H2AK121ub的存在情況。
C. 代表性基因組瀏覽器視圖展示來(lái)自第3類（被H3K27me3標(biāo)記）的2個(gè)TEs的ChIP-seq數(shù)據(jù)，顯示了野生型（WT）中的H2AK121ub（淺綠色）、H2A.Z（深綠色）和H3K27me3（紅色）標(biāo)記。
D. Metagenes圖顯示了在WT和arp6突變體（該突變體在H2A.Z摻入受影響的TE亞集中存在缺陷）中H3K27me3（上圖）和H2A.Z（下圖）的水平。
E. Metagenes圖顯示了在WT和atbmi1a/b/c突變體（該突變體在H2AK121ub沉積受影響的TE亞集中存在缺陷）中H3K27me3（上圖）和H2AK121ub（下圖）的水平。
F. Metagenes圖顯示了在WT和ref6 elf6 jmj13三重H3K27me3去甲基化酶突變體中H3K27me3的水平。左側(cè)圖表示在WT中已被H3K27me3標(biāo)記但在ref6 elf6 jmj13中該標(biāo)記增加的TEs。右側(cè)圖表示在WT中未被H3K27me3標(biāo)記但在ref6 elf6 jmj13中該標(biāo)記顯現(xiàn)的TEs。
G. 代表性基因組瀏覽器視圖展示了來(lái)自第3類的2個(gè)TEs在野生型和ref6 elf6 jmj13中的H3K27me3（紅色）標(biāo)記。
H. 代表性瀏覽器視圖展示TE在野生型和swn clf雙突變體中的H3K27me3（紅色）和RNA（藍(lán)色）。
I. 箱線圖顯示與野生型相比，在swn clf雙突變體中顯著上調(diào)的第3類TEs（4656個(gè)中有3161個(gè)）。
（3）H3K27me3標(biāo)記以順式?jīng)Q定方式被招募到新插入的轉(zhuǎn)基因TEs上
通過(guò)將三個(gè)不同的COPIA LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子序列克隆到二元載體中，并將其插入植物基因組，研究新插入的TEs是否能夠招募H3K27me3。結(jié)果表明，這些新插入的TEs能夠以序列特異性的方式招募H3K27me3，表明H3K27me3的招募依賴于TE序列本身的內(nèi)在特征。
圖3：新插入的TE序列可以以一種指導(dǎo)性的方式從頭招募H3K27me3。
A. 實(shí)驗(yàn)方案：將單個(gè)TE序列克隆到二元載體中，將其引入植物基因組，并在T1代的大規(guī)模植株群體（15-20株）中通過(guò)H3K27me3 ChIP-seq進(jìn)行研究，以稀釋位置效應(yīng)。B. 左側(cè)圖：代表性基因組瀏覽器視圖顯示在兩個(gè)獨(dú)立的植物群體中，H3K27me3的平均分布（IP-INPUT）在COPIA12B序列（頂部圖）上，這些植物要么被轉(zhuǎn)化了無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)基因（Ctrl），要么被轉(zhuǎn)化了感興趣的TE。在“Ctrl”軌跡中的H3K27me3信號(hào)反映內(nèi)源TE的H3K27me3狀態(tài)。在“Tr.”軌跡中的H3K27me3信號(hào)反映內(nèi)源+轉(zhuǎn)基因的H3K27me3狀態(tài)：與對(duì)照線相比更高的信號(hào)表明除了內(nèi)源基因外，轉(zhuǎn)基因TE上也招募了H3K27me3。轉(zhuǎn)基因群體之間的變異性反映了轉(zhuǎn)基因TE拷貝數(shù)的差異。中間圖：UBQ和FLC分別作為H3K27me3招募的陰性和陽(yáng)性對(duì)照。右側(cè)圖：通過(guò)在引入SNP的區(qū)域?qū)?nèi)源和轉(zhuǎn)基因COPIA12B序列進(jìn)行H3K27me3免疫沉淀的定量來(lái)確定轉(zhuǎn)基因上的招募。
C. 左、中和右圖與B中的COPIA21序列相同。
（4）群體水平上的TE中在DNA甲基化和Polycomb標(biāo)記之間轉(zhuǎn)換
通過(guò)比較擬南芥不同自然生態(tài)型（如Col-0和KBS-Mac-74）的H3K27me3和DNA甲基化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在一類TEs（稱為“bifrons”），其在不同生態(tài)型中表現(xiàn)出表觀遺傳狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，即從DNA甲基化到H3K27me3或反之。
圖4：通過(guò)不同生態(tài)型之間的比較，可視化TEs上沉默表觀遺傳標(biāo)記之間的轉(zhuǎn)換。
A. 維恩圖顯示在兩種不同生態(tài)型（Col-0和KBS-Mac-74）中，被H3K27me3標(biāo)記的TEs（頂部，紅色數(shù)字）和被DNA甲基化標(biāo)記的TEs（底部，灰色數(shù)字）。兩個(gè)維恩圖的交集顯示了在一種生態(tài)型中被H3K27me3標(biāo)記而在另一種生態(tài)型中被H3K9me2標(biāo)記的TEs（107個(gè)）。B. 盒須圖顯示在Col-0和KBS-Mac-74中，八個(gè)不同TE簇的H3K9me2水平（以RPKM表示）和H3K27me3水平。
C. 代表性基因組瀏覽器視圖顯示在Col-0和KBS-Mac-74兩個(gè)生態(tài)型中，一個(gè)同源TE拷貝的H3K27me3和DNA甲基化水平（紅色：H3K27me3，深灰色：CG甲基化，灰色：CHG甲基化，淺灰色：CHH甲基化，黑色條：TE注釋）。
（5）某些TEs上H3K27me3的沉積與TE的順式?jīng)Q定因子以及反式作用因子在遺傳上相關(guān)
通過(guò)對(duì)近500個(gè)擬南芥自然生態(tài)型的DNA甲基化數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），發(fā)現(xiàn)TEs的表觀遺傳狀態(tài)轉(zhuǎn)換與TE序列本身（cis-determinants）以及參與DNA甲基化的轉(zhuǎn)錄因子（trans factors）相關(guān)。
圖5：表觀遺傳轉(zhuǎn)換的遺傳決定因子。
A. 圖表顯示了一個(gè)同源TE，即COPIA12D（AT5TE36920）的DNA甲基化值，以及在三個(gè)序列環(huán)境中（CG、CHG和CHH）的甲基化密度分布情況。B. 曼哈頓圖展示了靶向COPIA12D（AT5TE36920）的單變量全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）結(jié)果，分別為mCG（上圖）、mCHG（中圖）和mCHH（下圖）。水平線表示全基因組顯著性水平。黃色框表示與DNA甲基化相關(guān)的反式作用因子的峰值，粉色框表示TE的順式區(qū)域。
C. 130個(gè)不同生態(tài)型中AT5TE36920序列的系統(tǒng)發(fā)育樹。右側(cè)標(biāo)示了遺傳距離。紅色加粗的生態(tài)型表示COPIA12D無(wú)DNA甲基化，被認(rèn)為被H3K27me3標(biāo)記。黑色的生態(tài)型表示COPIA12D存在DNA甲基化。灰色的生態(tài)型表示沒(méi)有關(guān)于COPIA12D表觀遺傳狀態(tài)的信息。
易小結(jié)
本研究揭示了通過(guò)ChIP-seq等技術(shù)擬南芥中TEs的一種與H3K27me3相關(guān)的可變沉默機(jī)制。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了TEs在物種水平上表觀遺傳狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，這一現(xiàn)象可能擴(kuò)展到其他多細(xì)胞真核生物。這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀念，即擬南芥TEs僅通過(guò)DNA甲基化進(jìn)行沉默，并為理解TEs在進(jìn)化中的作用提供了新的視角。
ChIP-seq和BS測(cè)序技術(shù)在本研究中的作用
ChIP-seq技術(shù)：用于檢測(cè)H3K27me3在TEs上的分布情況，揭示了TEs的表觀遺傳特征以及H3K27me3與H2A.Z和H2Aub的共定位。通過(guò)ChIP-seq，研究人員鑒定出哪些TEs被H3K27me3標(biāo)記，并分析這些標(biāo)記的動(dòng)態(tài)變化。
BS技術(shù)：用于分析TEs的DNA甲基化狀態(tài)，與ChIP-seq數(shù)據(jù)相結(jié)合，幫助研究人員理解TEs的表觀遺傳狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過(guò)亞硫酸鹽測(cè)序，研究人員能夠確定TEs在不同生態(tài)型中DNA甲基化差異，從而揭示表觀遺傳狀態(tài)轉(zhuǎn)換的分子基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
Hure, V., Piron-Prunier, F., Yehouessi, T. et al. Alternative silencing states of transposable elements in Arabidopsis associated with H3K27me3. Genome Biol 26, 11 (2025). https://doi.org/10.1186/s13059-024-03466-6
標(biāo)簽：
DNA甲基化
- ChIP-seq等在揭示植物H3K27me3相關(guān)轉(zhuǎn)座元件沉默模式中的應(yīng)用
- 文獻(xiàn)解讀：利用WGBS揭示跨代遺傳的DNA甲基化機(jī)制
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- ChIP-seq等技術(shù)揭示突變?cè)诎┌Y中的H3K36甲基化新型表觀遺傳治療靶點(diǎn)
- 蛋白 、抗體從頭測(cè)序的常見(jiàn)問(wèn)題解答
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