Здесь мы представляем протокол анализа общегеномного распространения модификаций гистонов, который может идентифицировать новые гены-мишени в патогенезе M. oryzae и других нитевидных грибов.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Здесь мы представляем протокол анализа общегеномного распространения модификаций гистонов, который может идентифицировать новые гены-мишени в патогенезе M. oryzae и других нитевидных грибов.
Секвенирование иммунопреципитации хроматина (ChIP-seq) является мощным и широко используемым молекулярным методом для картирования местоположения всего генома факторов транскрипции (TF), регуляторов хроматина и модификаций гистонов, а также обнаружения целых геномов для выявления паттернов связывания TF и посттрансляционных модификаций гистонов. Хроматин-модифицирующие действия, такие как метилирование гистонов, часто набираются в специфические регуляторные последовательности генов, вызывая локализованные изменения в структурах хроматина и приводя к специфическим транскрипционным эффектам. Рисовый взрыв является разрушительным грибковым заболеванием на рисе во всем мире и является модельной системой для изучения взаимодействия грибка и растений. Тем не менее, молекулярные механизмы в том, как модификации гистонов регулируют свои гены вирулентности в Magnaporthe oryzae, остаются неуловимыми. Больше исследователей должны использовать ChIP-seq для изучения того, как эпигенетическая модификация гистонов регулирует их гены-мишени. ChIP-seq также широко используется для изучения взаимодействия белка и ДНК у животных и растений, но он менее используется в области патологии растений и не был хорошо развит. В этой статье мы описываем экспериментальный процесс и метод работы ChIP-seq для идентификации общегеномного распределения гистонового метилирования (такого как H3K4me3), которое связывается с функциональными генами-мишенями у M. oryzae. Здесь мы представляем протокол анализа общегеномного распространения модификаций гистонов, который может идентифицировать новые гены-мишени в патогенезе M. oryzae и других нитевидных грибов.
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 порядка1,2. Ремоделирование хроматина и ковалентная модификация гистонов влияют и регулируют функцию и структуру хроматина посредством вариации полимеров хроматина, тем самым достигая функции регуляции экспрессии генов3,4,5,6. Посттрансляционные модификации гистонов включают ацетилирование, фосфорилирование, метилирование, моноубиквитинирование, сумоилирование и АДФ рибозилирование7,8,9. 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 эукариот10,11.
Технология ChIP-seq была внедрена в 2007 году и стала экспериментальным стандартом для общегеномного анализа транскрипционной регуляции и эпигенетических механизмов12,13. 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 модификации14. 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 на15. В Fusarium graminearumKMT6 может катализировать модификацию метилирования H3K27me3, регулировать нормальное развитие грибов и помогать регулировать «загадочный геном», содержащий кластер генов SM16,17,18,19. В 2013 году Коннолли сообщил, что метилирование H3K9 и H3K27 регулирует патогенный процесс грибов через вторичные метаболиты и эффекторные факторы, которые регулируют ингибированиегенов-мишеней 20. У Aspergillusмодификация гистонов H3K4me2 и H3K4me3 связана с активацией генов и играет важную роль в контроле регуляции уровня хроматина кластеров генов SM21. 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 гифы22.
Рисовый взрыв, вызванный M. oryzae., является одним из самых серьезных заболеваний риса в большинстве рисоводных районов в мире19. 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 взаимодействий23. 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 генов24,25. 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.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка протопластов из M. oryzae
2. Сшивание in vivo и ультразвук
3. IP сшитого белка/ДНК
4. Сбор и промывка продуктов ИС
5. Элюция белково-ДНК-комплексов
6. Обратное сшивание белковых/ДНК-комплексов
7. Очистка и восстановление ДНК
8. Восстановление ДНК и построение библиотеки Solexa
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Вся блок-схема метода ChIP-seq показана на рисунке 1. Эксперименты ChIP-seq проводились с использованием антител против H3K4me3 в штамме дикого типа P131 и трех нулевых мутантных штаммах, которые были лишены генов mobre2, mospp1и moswd2, для проверки всего геномного профиля распределения гистона H3K4me3 в M. oryzae. Протопласты штамма дикого типа, Δmobre2,Δmospp1и Δmoswd2, готовили и обужали ультразвуком при 25% W, выходе 3 с, ст...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В последнее время ChIP-seq стал широко используемым методом геномного анализа для определения сайтов связывания ТФ или сайтов обогащения, модифицированных специфическими гистонами. По сравнению с предыдущей технологией ChIP-seq, новая технология ChIP-seq является высокочувствительной и гибкой. Результаты предоставляются в высоком разрешении без негативных эффектов, таких как шумовой сигнал, вызванный неспецифической гибридизацией нуклеиновых кислот. Хотя это общий анализ экспрессии генов, многие вычислительные методы был...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант No 31871638), Специальным научно-исследовательским проектом Пекинского сельскохозяйственного университета (YQ201603), Научным проектом Пекинского комитета по образованию (KM201610020005), проектом научно-исследовательской культивации высокого уровня BUA (GJB2021005).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| гидролизат кислого казеина | WAKO | 65072-00-6 | Порошок |
| агара | средней конфигурации scientan | 9002-18-0 | |
| Дезоксихолевая кислота | средней конфигурации MedChemExpress | 83-44-3 | белок и растворение |
| ДНК End-Repair Kit | NovoBiotec | ER81050 | Восстановление ДНК или кДНК, поврежденных ферментативным или механическим сдвигом |
| Dynabeads | Invitrogen | No.100.02D | Связывающая мишень |
| EB буфер | JIMEI | JC2174 | Мембрана и жидкость |
| EDTA | ThermoFisher | AM9912 | ингибитор протеазы |
| ферментный гидролизат казеина | Sigma | 91079-40-2 | Глюкоза средней конфигурации |
| Sigma | 50-99-7 | Гликоген средней конфигурации | |
| ThermoFisher | AM9510 | Преципитантное действие | |
| антитела H3K4me3 | Abcam | ab8580 | Иммунный ответ на белок H3K4me3 |
| illumina Анализатор генома | illumina | illumina Hiseq 2000 | Большая конфигурация |
| Illumina PCR праймеры | illumina | CleanPlex | Random универсальный праймер |
| изоамиловый спирт | химическая книга | 30899-19-5 | Очищенная ДНК |
| LiCl | ThermoFisher | AM9480 | специфическое удаление ферментов лизинга РНК |
| Sigma | L1412-10G | буфер для лизиса клеток | |
| мыши IgG | Yeasen | 36111ES10 | Нормальный иммуноглобулин |
| животного происхождения раствор NaCl | ThermoFisher | 7647-14-5 | Средняя конфигурация |
| NaHCO3 | Seebio | SH30173.08* | Приготовление белкового комплекса элюента |
| NP-40 | ThermoFisher | 85124 | лизат клеток для стимулирования лизиса клеток |
| Набор для очистки ПЦР | Qiagen | 28004 | Процедура очистки удаляет праймеры из образцов ДНК |
| ингибиторы протеазы | ThermoFisher | A32965 | Ингибитор белка, снижающий активность белка |
| Протеиназа K | ThermoFisher | AM2546 | Реагент |
| для экстракции ДНККубит 4.0 | ThermoFisher | Q33226 | Средняя конфигурация |
| RIPA буфер | ThermoFisher | 9806S | Буфер для лизиса клеток |
| РНКаза A | ThermoFisher | AM2271 | Очищенная ДНК |
| SDS | ThermoFisher | AM9820 | покрывает разность зарядов |
| раствор ацетата натрия | ThermoFisher | R1181 | Буфер |
| уксусной кислотыдезоксихолат натрия | ThermoFisher | 89904 | ингибирование деградации протеазы |
| Т4 ДНК-лигаза | ThermoFisher | EL0011 | При условии АТФ в качестве кофермента, ДНК-лигаза |
| Т4 ДНК-лигаза буфер | ThermoFisher | B69 | ДНК-лигаза буфер |
| Tris-HCl | ThermoFisher | 1185-53-1 | буферного действия |
| Triton X-100 | ThermoFisher | HFH10 | поддерживает стабильный мембранный белок |
| дрожжевой экстракт | OXOID | LP0021 | Конфигурация Medium |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.