清華生命學(xué)院孫前文與楊雪瑞課題組合作發(fā)文報(bào)道精準(zhǔn)、高效、高通量檢測(cè)R環(huán)分布新方法
清華新聞網(wǎng)8月29日電 8月28日，清華大學(xué)生命學(xué)院孫前文課題組與楊雪瑞課題組合作在植物學(xué)國(guó)際期刊《自然-植物》（Nature Plants）在線(xiàn)發(fā)表題為“R環(huán)結(jié)構(gòu)是擬南芥基因組中一種常見(jiàn)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)（The R-loop is a common chromatin feature of the Arabidopsis genome）”的研究論文，首次報(bào)道了精準(zhǔn)、高效、高通量檢測(cè)R環(huán)結(jié)構(gòu) （R-loop）的方法，并利用此方法首次揭示模式植物擬南芥基因組中R環(huán)的分布特征。
圖1：本研究中最新開(kāi)發(fā)的基于單鏈DNA建庫(kù)的ssDRIP-seq原理圖。
R環(huán)是一種特殊的染色體結(jié)構(gòu)，由一條RNA：DNA雜合鏈和一條單鏈DNA所組成。目前越來(lái)越多的證據(jù)發(fā)現(xiàn)這種獨(dú)特的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在原核和真核生物中普遍存在，在很多關(guān)鍵的生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要功能，包括染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA損傷修復(fù)以及基因組穩(wěn)定性等?；谔禺愖R(shí)別DNA:RNA雜合鏈抗體的免疫共沉淀及高通量測(cè)序分析技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)DRIP-seq，DNA:RNA hybrid immunoprecipitation and sequencing）已被用來(lái)檢測(cè)人、小鼠、酵母等模式生物全基因組水平的R環(huán)分布。但已有的DRIP-seq全基因組檢測(cè)R環(huán)方法存在嚴(yán)重的技術(shù)缺陷，對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量有不可忽視的影響。此外，植物全基因組水平的R環(huán)分布特征尚不清楚。
該研究以模式植物擬南芥為材料，在傳統(tǒng)R環(huán)全基因組檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一種全新的檢測(cè)方法：基于單鏈DNA建庫(kù)的DNA:RNA雜合鏈免疫共沉淀及高通量測(cè)序技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)ssDRIP-seq, single-strand DNA ligation-based library construction of DNA:RNA hybrid immunoprecipitation and sequencing，詳見(jiàn)圖1）。與已報(bào)道的全基因組R環(huán)檢測(cè)方法相比，ssDRIP-seq表現(xiàn)出易操作、精準(zhǔn)、高效、高度靈敏、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，并且可獲得DNA鏈特異性信息。基于ssDRIP-seq，該研究獲得了擬南芥全基因組水平R環(huán)的精準(zhǔn)分布特征，如R環(huán)在擬南芥基因組中分布廣泛且相對(duì)穩(wěn)定，與基因表達(dá)、DNA甲基化、染色質(zhì)修飾、GC/AT堿基偏移等存在著緊密關(guān)系。不同于哺乳動(dòng)物基因組，擬南芥中廣泛存在一類(lèi)反義長(zhǎng)非編碼RNA在正義鏈轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)形成的R環(huán)（圖2），推測(cè)這類(lèi)特別的R環(huán)在調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄起始或控制基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中發(fā)揮重要作用。該研究還基于所獲得的數(shù)據(jù)對(duì)R環(huán)在基因沉默和基因組構(gòu)成等中的功能進(jìn)行了展望。《自然-植物》期刊專(zhuān)門(mén)邀請(qǐng)加州大學(xué)戴維斯分校Frederic Chedin教授為本研究撰寫(xiě)評(píng)論文章，彰顯此項(xiàng)研究在領(lǐng)域內(nèi)的重要性。
圖2：趨勢(shì)分析 （Metaplot）顯示擬南芥基因組中既存在正義R環(huán)（sense R-loops，由基因自身轉(zhuǎn)錄本與其模板鏈形成的R-loop），也存在反義R環(huán)（antisense R-loops，大多是由基因的反義轉(zhuǎn)錄本在正義鏈轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)形成的R-loop）。
清華大學(xué)孫前文實(shí)驗(yàn)室成立于2014年秋，重點(diǎn)關(guān)注植物R環(huán)的形成、穩(wěn)定和解除的調(diào)節(jié)機(jī)制及相應(yīng)的生物學(xué)功能。本研究是孫前文實(shí)驗(yàn)室繼報(bào)導(dǎo)R-loop調(diào)節(jié)長(zhǎng)非編碼RNA表達(dá)并影響擬南芥開(kāi)花（《科學(xué)》（Science）, 2013）和R環(huán)調(diào)控水稻根的向地性（《分子植物》（Molecular Plant）, 2017）之后的又一重要成果。ssDRIP-seq這種精準(zhǔn)、高效、高通量R環(huán)檢測(cè)技術(shù)的建立為隨后的功能研究提供了重要手段，將成為全基因組R-loop分析的標(biāo)準(zhǔn)，并全面打開(kāi)全基因組水平分析R-loop的分布及后續(xù)功能研究的大門(mén)。
孫前文課題組的徐煒博士為該論文第一作者，楊雪瑞課題組徐暉、孫前文課題組李寬等在測(cè)序數(shù)據(jù)分析方面做出了重要貢獻(xiàn)，孫前文和楊雪瑞研究員為本文的共同通訊作者。該研究獲得了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃以及生命科學(xué)聯(lián)合中心等經(jīng)費(fèi)的支持。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41477-017-0004-x
為此研究配發(fā)的評(píng)論文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41477-017-0011-y
相關(guān)文章鏈接：
2013年Science文章報(bào)導(dǎo)R-loop調(diào)節(jié)長(zhǎng)非編碼RNA表達(dá)并影響擬南芥開(kāi)花：
http://science.sciencemag.org/content/340/6132/619.long
2017年Molecular Plant文章報(bào)導(dǎo)R-loop調(diào)控水稻根的向地性：
http://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(17)30102-8
供稿：生命學(xué)院 編輯：華山
