水稻巴豆酰化组蛋白修饰的全基因组分析

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摘要：近年来，新的组蛋白修饰不断被发现。水稻中组蛋白的赖氨酸巴豆酰化（Lysine crotonylation , Kcr）的研究还很少。本文利用染色体免疫共沉淀结合二代测序技术（ChIP-seq）揭示水稻全基因组Kcr的分布特征及其与基因表达调控的关系。近90%的Kcr位点分布在基因周围，其中genebody和启动子分别占约60%和30%。基因的表达模式与Kcr的富集呈正相关，即表达量越高Kcr越富集。Krc位点有关的基因显著影响多个代谢途径,包括氧化磷酸化、ATP的生成等。

毕业论文关键词：Kcr；水稻；ChIP-seq；基因组分析

Whole genome analysis of histone modification of crotonylation in rice

Abstract:In recent years, new histone modifications have been found. There is few research on lysine crotonylation (Kcr) in histones in rice. In this paper, we used chromosome immunoprecipitation in combination with second-generation sequencing (ChIP-seq) to reveal the distribution of whole genome of Kcr and its relationship with gene expression regulation. Nearly 90% of the Kcr sites are distributed around the gene, with geneies and promoters accounting for about 60% and 30%, respectively. The expression pattern of gene was positively correlated with the enrichment of Kcr, that is, the higher the expression of Kcr, the higher the expression of Kcr. Genes related with Kcr sites significantly affect multiple metabolic pathways,including phosphorylation ,ATP building and so on.

Key words: Kcr;；rice；ChIP-seq；genome analysis

摘要 2

关键词 2

Abstract 3

Key words 3

引言 3

1 材料与方法 3

1．1 ChIP-Seq技术 3

1．2 NGS技术 4

1．2．1 Illumina测序原理 5

1．3 材料 5

2 结果与分析 6

2．1 Fastqc软件 6

2．2 bowtie软件 6

2．3 MACS2软件 7

2．4 Kcr修饰位置与表达量的关系 8

2. 5 GO分析 9

3 讨论 13

致谢 14

参考文献 15

水稻巴豆酰化组蛋白修饰的全基因组分析

引言

组蛋白是一种碱性小分子蛋白，易被生物大分子修饰，发生部位多在N末端的尾部[2]。图1中可以看出组蛋白修饰所发生的位点，精氨酸可以被甲基化修饰，赖氨酸可以被乙酰化、甲基化、泛素化修饰，丝氨酸和苏氨酸可以被磷酸化修饰，其中组蛋白赖氨酸位点的乙酰化和甲基化占很大比例，暗示赖氨酸上的这两种修饰在调节染色体结构以及基因表达上是非常重要的[3]。核小体由两个H2A，H2B组蛋白二聚体和两个H3，H4组蛋白二聚体组成的八聚体和146bp的DNA环绕1.75圈组成的。而核小体是染色质的结构单位，所以组蛋白被修饰会改变染色质的结构。随着组蛋白密码假说的提出，组蛋白修饰表现出复杂性。在对水稻全基因组组蛋白修饰的分析中，已发现了甲基化，乙酰化，巴豆酰化等多种修饰及与发育，抗病功能的相关性。蛋白质翻译后修饰（PTM）随着蛋白质功能和生物学机制的成熟越来越重要。而赖氨酸巴豆酰（Kcr）化由2011年被发现是动物中发现的组蛋白修饰，动物中Kcr对基因表达有着正向效果。研究表明巴豆酰化也存在于植物中[1]，巴豆酰化对水稻有怎样的生物学功能需要探索，这种组蛋白修饰与基因表达有怎样的关系需要进一步研究。这些对研究发育、代谢、疾病等众多生理过程均有着关键作用。中国是世界上最大的水稻生产国,水稻种植面积和总产量分别占据世界的第二和第一位，水稻是世界主要粮食作物，也是单子叶植物研究的模式物种。随着表观遗传学的发展，进一步的研究水稻的组蛋白修饰和组合模式，对组合模式的功能进行分析对水稻育种等产业的发展具有重要的意义。