Análise em todo o genoma da distribuição de modificações de histona usando o Método de Sequenciamento de Imunoprecipitação de Chromatina em Magnaporthe oryzae

Epigenética é um ramo de pesquisa genética que se refere à mudança hereditária da expressão genética sem alterar a sequência nucleotídea dos genes. Um número crescente de estudos tem demonstrado que a regulação epigenética desempenha um papel importante no crescimento e desenvolvimento de células eucarióticas, incluindo a cromatina que regula e afeta a expressão genética através do processo dinâmico de dobra e montagem em estruturas de alta^{ordem 1,2}. A remodelação da cromatina e a modificação da histona covalente afetam e regulam a função e a estrutura da cromatina através da variação dos polímeros de cromatina, alcançando assim a função de regular a expressão genética^3,4,5,6. As modificações pós-transacionais da histona incluem acetilação, fosforilação, metilação, monoubiquização, sumôilação e ribossilação ADP^7,8,9. A metilação histona H3K4, particularmente a trimetilação, foi mapeada para locais de início de transcrição onde está associada à replicação de transcrição, recombinação, reparo e processamento de RNA em eucariotes^10,11.

A tecnologia ChIP-seq foi introduzida em 2007 e tornou-se o padrão experimental para a análise em todo o genoma da regulação transcricional e dos mecanismos epigenéticos^12,13. Este método é adequado na escala genoma-em toda-genoma e para a obtenção de informações de interação de histona ou fator de transcrição, incluindo segmentos de DNA de proteínas de ligação de DNA. Qualquer sequência de DNA cruzada a proteínas de interesse coprecipitará como parte do complexo de cromatina. Técnicas de sequenciamento de nova geração também são usadas para sequenciar 36-100 bp de DNA, que são então combinadas com o genoma alvo correspondente.

Em fungos fitopatômicos, a pesquisa começou recentemente a estudar como modificações de metilação de histona regulam seus genes-alvo no processo de patogenicidade. Alguns estudos anteriores provaram que a regulação de genes relacionados à histona methylase é refletida principalmente no silenciamento genético e na catalisação da produção de Metabólitos Secundários (SM). MoSet1 é o metilase H3K4 em M. oryzae. O nocaute deste gene resulta na exclusão completa da modificação H3K4me3¹⁴. Em comparação com a cepa do tipo selvagem, a expressão do gene MoCEL7C no mutante é inibida no estado induzido pelo CMC e no estado não induzido (glicose ou celobiose), a expressão de MoCEL7C aumentou¹⁵. Em Fusarium graminearum, KMT6 pode catalisar a modificação da metilação de H3K27me3, regular o desenvolvimento normal de fungos e ajudar a regular o “genoma enigmático” contendo o aglomerado genético SM^16,17,18,19. Em 2013, Connolly relatou que a metilação H3K9 e H3K27 regula o processo patogênico de fungos através de metabólitos secundários e fatores efeitos que regulam a inibição dos genes-alvo²⁰. Em Aspergillus,a modificação das histonas H3K4me2 e H3K4me3 está relacionada à ativação genética e desempenha um papel importante no controle da regulação do nível de cromatina dos aglomerados genéticos SM²¹. Em M. oryzae, Tig1 (homólogo de Tig1 em leveduras e mamíferos) é um HADC (histone deacetylase)²². Nocaute do gene Tig1 leva à perda completa da patogenicidade e capacidade de produção de esporos no mutante nulo. É mais sensível a um ambiente peroxígeno, que não pode produzir hifas^{infecciosas 22}.

A explosão de arroz causada por M. oryzae. é uma das doenças de arroz mais graves na maioria das áreas de cultivo de arroz no mundo¹⁹. Devido ao seu processo de infecção representativa, M. oryzae é semelhante ao processo de infecção de muitos fungos patogênicos importantes. Como pode facilmente realizar operações genéticas moleculares, o fungo tornou-se um organismo modelo para estudar as interações fúngicos-vegetais²³. Bloquear cada etapa do processo de infecção de M. oryzae pode resultar em infecção mal sucedida. As alterações morfológicas durante o processo de infecção são estritamente reguladas por toda a função do genoma e transcrição genética. Entre elas, modificações epigenéticas como a metilação de histona desempenham um papel essencial na regulação transcricional dos genes funcionais^24,25. No entanto, até agora, poucos estudos foram feitos sobre o mecanismo molecular de modificações epigenéticas como a metilação de histona e acetilação de histona na transcrição de genes de patogênese em M. oryzae. Portanto, desenvolver ainda mais o mecanismo de regulação epigenética do fungo da explosão de arroz, enquanto pesquisa a rede reguladora a montante e a jusante desses genes relacionados à patogenicidade ajudará a desenvolver estratégias de prevenção e controle da explosão de arroz.

Com o desenvolvimento de genômicas funcionais como o ChIP-seq, especialmente na epigenética, este método de aquisição de dados de alto rendimento acelerou a pesquisa sobre cromossomos. Usando a tecnologia experimental ChIP-seq, a distribuição em todo o genoma da metilação de histona (como H3K4me3, H3K27me3, H3K9me3) em M. oryzae e outros fungos filamentosos pode ser identificada. Portanto, este método pode ajudar a elucidar os mecanismos moleculares subjacentes à forma como modificações epigenéticas regulam seus genes alvos candidatos durante a patogênese fúngica na patologia vegetal.