Q1:ATAC-seq实验如何设计?一般建议做多少个生物学重复?
建议根据所研究的科学问题,设计至少两组样品(例如,实验组和对照组),以进行差异分析和动态研究;每组建议设置2个以上生物学重复。
Q2:ATAC-seq 分析结果中的峰值(peak)有什么含义?
峰值表示某个区域的染色质可及性高于周围区域的程度,峰值的高度反映了染色质可及性的强度,峰值的位置和宽度则反映了染色质可及性的范围。在 ATAC-seq 分析中,峰值通常被用作标记开放染色质区域的位置。
Q3:常规情况下,ATAC-seq 的文库有什么特征?如何评估文库是否合格?
合格ATAC-seq文库最核心的特征是:片段大小分布呈现出由核小体周期性保护所产生的典型梯带 pattern,即能清晰看到小于100 bp的无核小体主峰以及随后以约200 bp为间隔的单核小体、双核小体等信号;为评估文库是否合格,我们会在建库完成后使用片段分析仪验证此片段分布模式,并辅以文库定量;此外,也会结合分析过程中的一些代表性指标(例如插入片段长度分布、TSS 富集等)来辅助验证。
经典案例
多组学联合揭示染色质重塑因子OSCHR11介导的水稻耐寒性调节机制(Plant Physiology, lF=6.5)
低温是限制水稻生长和产量的主要环境因素之一。尽管已有研究表明染色质重塑在植物应对环境胁迫中起重要作用,然而其在低温胁迫中的具体机制仍不清楚。
1. OsCHR11正向调节水稻的耐寒性
chr11-1突变型和OSCHR11同源基因OSCHR17的两个突变型(chr17-2和chr17-3)在冷处理后表现出更高的低温敏感性。转录组测序显示,冷处理后,chr11-1突变型的冷诱导基因表达低于野生型,表明 OsCHR11 功能缺失减弱了冷胁迫下的转录调控反应,特别是冷响应基因的表达。
2. OsCHR11调控染色质可及性促进冷响应基因表达
ATAC-seq结果表明,在冷处理后chr11-1突变型启动子区域的染色质可及性显著低于野生型NIP,尤其是在冷响应基因的启动子区域。而CHR11过表达植株则表现出更高的染色质可及性。此外,染色质可及性与基因表达水平也存在正相关。
3. OsCHR11促进转录因子结合
OsCHR11-Myc转基因植株的ChIP-seq分析表明OsCHR11主要结合在靶基因的启动子区域,特别是在转录起始位点(TSS)附近。整合ChIP-seq和ATAC-seq数据,发现OsCHR11的结合靶基因与染色质可及性之间存在显著重看。冷处理后,OSCHR11的结合靶基因中有一部分基因的染色质可及性增加,表明OSCHR11可以通过结合靶基因并增强其染色质可及性来调节耐寒性。
4. OsCHR11调节海藻糖合成以增强耐寒
chr11-1突变型中与海藻糖合成相关的基因(如OSTPP1、OSTPP7、OSTPS2和OSTPS4)在冷处理后的表达水平显著低于野生型NIP。同时ChIP-qPCR实验验证,OSCHR11可以直接结合在OSTPP1的启动子区域。施加外源海藻糖部分恢复了chr11-1突变型的冷敏感表型,表明OsCHR11可以通过调节海藻糖合成来增强水稻耐寒性。
结论
本研究综合RNA-se9、ATAC-seq和ChlP-seq等方法,发现OsCHR11在低温胁迫下可以通过增加冷响应基因启动子区域的染色质可及性,促进转录因子结合,激活低温相关基因的表达,从而增强水稻的耐寒性。


参考文献
Jing Li, et al. chromatin Accessibility Mediated by CHROMATIN REMODELING 11 Promotes chilling Tolerance in Rice. Plant Physiology, 2025