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钱文峰研究组发现组蛋白修饰分工调控基因表达水平和基因表达噪音

  基因表达过程依赖于转录因子、染色质调控因子和染色质等生物大分子在布朗运动过程中的随机碰撞,因此,即使是基因型和分化类型完全相同的细胞在相同环境下也存在基因表达的差异,被称为基因表达噪音。研究基因表达噪音,对研究干细胞增殖分化、个体发育、病原菌的抗药性以及农作物的稳产有着重要的意义,而其在人类早期胚胎发育过程中的调节机制仍不清楚。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所钱文峰研究组计算分析了人类胚胎的单细胞转录组数据,发现多种组蛋白修饰分别调控了基因表达水平和基因表达噪音。富集在启动子附近的组蛋白修饰,如H3K4甲基化,主要调节基因的平均表达水平;而富集在基因编码区的组蛋白修饰,如H3K79甲基化,可以降低基因表达噪音,即提高同类细胞间基因表达的一致性。敲除酵母细胞中H3K79甲基化酶,降低了H3K79甲基化修饰水平,同时观察到靶基因的在细胞间的表达差异升高。与以上发现相一致,对基因表达水平敏感的基因(如信号通路中的基因,必须基因,编码蛋白质复合物的基因)主要受到基因编码区组蛋白的修饰;而环境响应相关的基因主要富集了启动子区域的组蛋白修饰。本研究揭示了组蛋白修饰在调控基因表达水平和基因表达噪音上的“分工”,为理解转录组进化提供了线索。 

 

  上述研究成果于2017630日在线发表于PLOS Computational BiologyDOI: 10.1371/journal.pcbi.1005585)。钱文峰研究组的博士研究生吴少欢和工程师李轲为该文章的共同第一作者,吴少欢和钱文峰为共同通讯作者。该研究得到了国家973项目的资助。 

 

图:富集在基因编码区的组蛋白修饰调控基因表达噪音