Геномный анализ распределения модификаций гистонов с использованием метода секвенирования иммунопреципитации хроматина в Magnaporthe oryzae

Эпигенетика — это отрасль генетических исследований, которая относится к наследственным изменениям экспрессии генов без изменения нуклеотидной последовательности генов. Все большее число исследований показало, что эпигенетическая регуляция играет важную роль в росте и развитии эукариотических клеток, включая хроматин, который регулирует и влияет на экспрессию генов посредством динамического процесса складывания и сборки в структуры более высокого порядка^1,2. Ремоделирование хроматина и ковалентная модификация гистонов влияют и регулируют функцию и структуру хроматина посредством вариации полимеров хроматина, тем самым достигая функции регуляции экспрессии генов^3,4,5,6. Посттрансляционные модификации гистонов включают ацетилирование, фосфорилирование, метилирование, моноубиквитинирование, сумоилирование и АДФ рибозилирование^7,8,9. Метилирование гистонов H3K4, особенно триметилирование, было нанесено на карту с местами начала транскрипции, где оно связано с репликацией транскрипции, рекомбинацией, репарацией и обработкой РНК у эукариот^10,11.

Технология ChIP-seq была внедрена в 2007 году и стала экспериментальным стандартом для общегеномного анализа транскрипционной регуляции и эпигенетических механизмов^12,13. Этот метод подходит в масштабе всего генома и для получения информации о взаимодействии гистонов или транскрипционных факторов, включая сегменты ДНК ДНК-связывающих белков. Любые последовательности ДНК, сшитые с белками, представляющими интерес, будут сопреципитировать как часть комплекса хроматина. Методы секвенирования нового поколения также используются для секвенирования 36-100 bp ДНК, которые затем сопоставляются с соответствующим геномом-мишенью.

В фитопатогенных грибах недавно начались исследования по изучению того, как модификации метилирования гистонов регулируют их целевые гены в процессе патогенности. Некоторые предыдущие исследования доказали, что регуляция генов, связанных с гистонметилазой, в основном отражается на глушении генов и катализе производства вторичных метаболитов (СМ). MoSet1 представляет метилазу H3K4 в M. oryzae. Нокаут этого гена приводит к полной делеции H3K4me3 модификации^14. По сравнению со штаммом дикого типа экспрессия гена MoCEL7C у мутанта ингибируется в CMC-индуцированном состоянии и в неиндуцированном состоянии (глюкоза или целлобиоза), экспрессия MoCEL7C увеличилась на^15. В Fusarium graminearumKMT6 может катализировать модификацию метилирования H3K27me3, регулировать нормальное развитие грибов и помогать регулировать «загадочный геном», содержащий кластер генов SM^16,17,18,19. В 2013 году Коннолли сообщил, что метилирование H3K9 и H3K27 регулирует патогенный процесс грибов через вторичные метаболиты и эффекторные факторы, которые регулируют ингибирование^{генов-мишеней 20.} У Aspergillusмодификация гистонов H3K4me2 и H3K4me3 связана с активацией генов и играет важную роль в контроле регуляции уровня хроматина кластеров генов SM^21. У M. oryzaeTig1 (гомологичная Tig1 у дрожжей и млекопитающих) представляет собой HADC (гистон-деацетилаза)^22. Нокаут гена Tig1 приводит к полной потере патогенности и способности к производству спор у нулевого мутанта. Он более чувствителен к пероксигенной среде, которая не может продуцировать инфекционные гифы^22.

Рисовый взрыв, вызванный M. oryzae., является одним из самых серьезных заболеваний риса в большинстве рисоводных районов в мире^19. Благодаря своему репрезентативному инфекционному процессу, M. oryzae похож на процесс заражения многих важных патогенных грибов. Поскольку гриб легко может выполнять молекулярно-генетические операции, он стал модельным организмом для изучения грибо-растительных взаимодействий^23. Блокирование каждого этапа инфекционного процесса M. oryzae может привести к неудачному заражению. Морфологические изменения в процессе заражения строго регулируются всей функцией генома и транскрипцией гена. Среди них эпигенетические модификации, такие как метилирование гистонов, играют существенную роль в транскрипционной регуляции функциональных генов^24,25. Однако до сих пор было проведено мало исследований молекулярного механизма эпигенетических модификаций, таких как метилирование гистонов и ацетилирование гистонов в транскрипции генов патогенеза у M. oryzae. Таким образом, дальнейшее развитие механизма эпигенетической регуляции гриба рисового бласта при одновременном исследовании регуляторной сети этих патогенных генов поможет разработать стратегии профилактики и контроля рисового взрыва.

С развитием функциональной геномики, такой как ChIP-seq, особенно в эпигенетике, этот высокопроизводительный метод сбора данных ускорил исследования хромосом. Используя экспериментальную технологию ChIP-seq, можно идентифицировать общегеномное распределение гистонового метилирования (например, H3K4me3, H3K27me3, H3K9me3) в M. oryzae и других нитевидных грибах. Таким образом, этот метод может помочь прояснить молекулярные механизмы, лежащие в основе того, как эпигенетические модификации регулируют свои гены-мишени во время грибкового патогенеза при патологии растений.