[陳柏仰/王中茹] 優化玉米染色質開放性測序技術
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ATAC-seq（手電筒）識別染色質開放的區域，此區域的基因傾向於活躍（唱歌的麻雀）。 【插圖： @Nien Illustration】
基因活性在玉米的不同發育階段和不同組織中常常有顯著差異，這些差異與染色質的開放與密切程度相關。因此，想要控制基因活性以研究植物農業上的重要性狀，需要將染色質的開放程度納入育種策略中共同考量。而染色質開放性測序技術 (Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing，又稱ATAC-seq) 讓我們有機會一探究竟。該技術利用Tn5轉座酶結合至染色質開放的位置，將DNA切斷並接上次世代定序所需的序列，經過PCR擴增、次世代定序以及序列的分析，我們能精確辨識染色質開放的區域。然而，這項技術需要使用數萬顆完整且乾淨的細胞核作為材料，這對植物材料而言是非常不容易的，因為得先除去細胞壁，再移除具有相當高比例的葉綠體與粒線體DNA。過程中需要仰賴流式細胞儀 (flow cytometry) 、螢光染劑或是帶有螢光蛋白的轉植株才得以達成，具有相當多的技術門檻。因此，我們以玉米作為材料，建立了優化的染色質開放性測序技術。我們的方法不僅大幅降低所需的細胞核數量至僅需數千顆，並且不再需要流式細胞儀，而僅使用每個實驗室必備的桌上型離心機。由於使用的細胞數量極少，在後續資料分析上的挑戰性增加，因此在文章中，我們結合生物資訊分析讀長周期性、關鍵指標以及與基因表現量的相關性，對數據品質進行完整評估，而過程中使用的生物資訊分析流程和指令也詳細記錄於文章與GitHub (https://github.com/beritlin/ATACgraph2)，以輔助非生物資訊學家進行數據分析、快速判斷當次實驗是否成功。我們的方法不僅突破了材料、儀器等限制，過程中使用的概念、設計與生物分析，亦可作為其他作物或是組織量較少的樣本的參考，以取得探索染色質開放性的門票，而有助於達成作物精準育種。
本文為陳柏仰與王中茹實驗室共同合作，兩位共同第一作者謝若微博士與林蓓郁來自陳柏仰實驗室。論文已刊載於《植物科學前沿》(Frontiers in Plant Science)，研究經費來自中央研究院與國家科學及技術委員會專題研究計畫。