Análisis de todo el genoma de la distribución de modificaciones de histonas utilizando el método de secuenciación de inmunoprecipitación de cromatina en Magnaporthe oryzae

La epigenética es una rama de la investigación genética que se refiere al cambio heredable de la expresión génica sin cambiar la secuencia de nucleótidos de los genes. Un número creciente de estudios han demostrado que la regulación epigenética juega un papel importante en el crecimiento y desarrollo de las células eucariotas, incluida la cromatina que regula y afecta la expresión génica a través del proceso dinámico de plegamiento y ensamblaje en estructuras de orden superior^1,2. La remodelación de la cromatina y la modificación de las histonas covalentes afectan y regulan la función y estructura de la cromatina a través de la variación de los polímeros de cromatina, logrando así la función de regular la expresión^{génica 3,4,5,6.} Las modificaciones posttraduccionales de la histona incluyen acetilación, fosforilación, metilación, monoubiquitinación, sumoilación y ribosilación ADP^7,8,9. La metilación de la histona H3K4, particularmente la trimetilación, se ha mapeado a los sitios de inicio de la transcripción donde se asocia con la replicación de la transcripción, la recombinación, la reparación y el procesamiento de ARN en eucariotas^10,11.

La tecnología ChIP-seq se introdujo en 2007 y se ha convertido en el estándar experimental para el análisis de todo el genoma de la regulación transcripcional y los mecanismos epigenéticos^12,13. Este método es adecuado a escala de todo el genoma y para obtener información de interacción de histonas o factores de transcripción, incluidos los segmentos de ADN de las proteínas de unión al ADN. Cualquier secuencia de ADN entrecruzada a proteínas de interés coprecipitará como parte del complejo de cromatina. Las técnicas de secuenciación de nueva generación también se utilizan para secuenciar 36-100 pb de ADN, que luego se emparejan con el genoma objetivo correspondiente.

En hongos fitopatógenos, la investigación ha comenzado recientemente a estudiar cómo las modificaciones de metilación de histonas regulan sus genes diana en el proceso de patogenicidad. Algunos estudios previos demostraron que la regulación de los genes relacionados con la histona metilasa se refleja principalmente en el silenciamiento génico y la catalización de la producción de metabolitos secundarios (SM). MoSet1 es la H3K4 metilasa en M. oryzae. La eliminación de este gen da como resultado la eliminación completa de la modificación H3K4me3¹⁴. En comparación con la cepa de tipo salvaje, la expresión del gen MoCEL7C en el mutante se inhibe en el estado inducido por CMC y en el estado no inducido (glucosa o celobiosa), la expresión de MoCEL7C aumentó¹⁵. En Fusarium graminearum,KMT6 puede catalizar la modificación de la metilación de H3K27me3, regular el desarrollo normal de hongos y ayudar a regular el “genoma críptico” que contiene el grupo de genes SM^16,17,18,19. En 2013, Connolly informó que la metilación de H3K9 y H3K27 regula el proceso patogénico de los hongos a través de metabolitos secundarios y factores efectores que regulan la inhibición de los genes diana²⁰. En Aspergillus,la modificación de las histonas H3K4me2 y H3K4me3 está relacionada con la activación génica y juega un papel importante en el control de la regulación del nivel de cromatina de los grupos de genes SM^21. En M. oryzae,Tig1 (homólogo a Tig1 en levaduras y mamíferos) es un HADC (histona desacetilasa)²². La eliminación del gen Tig1 conduce a la pérdida completa de la patogenicidad y la capacidad de producción de esporas en el mutante nulo. Es más sensible a un ambiente de peroxígeno, que no puede producir hifas infecciosas²².

La explosión de arroz causada por M. oryzae. es una de las enfermedades más graves del arroz en la mayoría de las zonas de cultivo de arroz en el mundo¹⁹. Debido a su proceso de infección representativo, M. oryzae es similar al proceso de infección de muchos hongos patógenos importantes. Como puede llevar a cabo fácilmente operaciones genéticas moleculares, el hongo se ha convertido en un organismo modelo para el estudio de las interacciones fúngico-planta²³. El bloqueo de cada paso del proceso de infección de M. oryzae puede resultar en una infección fallida. Los cambios morfológicos durante el proceso de infección están estrictamente regulados por la función completa del genoma y la transcripción de genes. Entre ellas, las modificaciones epigenéticas como la metilación de histonas juegan un papel esencial en la regulación transcripcional de los genes funcionales^24,25. Sin embargo, hasta ahora, se han realizado pocos estudios sobre el mecanismo molecular de las modificaciones epigenéticas como la metilación de histonas y la acetilación de histonas en la transcripción de genes de patogénesis en M. oryzae. Por lo tanto, desarrollar aún más el mecanismo de regulación epigenética del hongo de la explosión de arroz mientras se investiga en la red reguladora aguas arriba y aguas abajo de estos genes patógenos relacionados ayudará a desarrollar estrategias de prevención y control de la explosión de arroz.

Con el desarrollo de la genómica funcional como ChIP-seq, especialmente en epigenética, este método de adquisición de datos de alto rendimiento ha acelerado la investigación sobre los cromosomas. Utilizando la tecnología experimental ChIP-seq, se puede identificar la distribución de todo el genoma de la metilación de histonas (como H3K4me3, H3K27me3, H3K9me3) en M. oryzae y otros hongos filamentosos. Por lo tanto, este método puede ayudar a dilucidar los mecanismos moleculares subyacentes a cómo las modificaciones epigenéticas regulan sus genes diana candidatos durante la patogénesis fúngica en la patología vegetal.