[陳柏仰/王中茹] 優化玉米染色質開放性測序技術
發稿時間: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。