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全基因組ChIP-seq分析揭示細菌轉錄因子PhoB的基因內(nèi)結合位點
瀏覽次數(shù):574 發(fā)布日期:2023-5-30 來源:本站
僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
細菌編碼許多轉錄因子(transcription factor,TF),這些轉錄因子通過與啟動子周圍的DNA結合并調(diào)控RNA聚合酶(RNAP)全酶以結合啟動子DNA或異構化為主動轉錄構象的能力來調(diào)節(jié)轉錄起始。目前對TF功能的研究幾乎集中在調(diào)節(jié)基因上游基因間區(qū)域的TF結合位點。然而,基因組規(guī)模分析鑒定出大量的TF結合位點位于基因內(nèi)(within genes),基因內(nèi)TF結合位點的比例在不同TF之間具有顯著差異。盡管基因內(nèi)存在大量TF結合位點,但對其功能知之甚少。
大腸桿菌(Escherichia coli)TF PhoB是一種保守的轉錄因子,可調(diào)控參與磷酸鹽穩(wěn)態(tài)的基因轉錄。大部分PhoB結合位點位于基因內(nèi),這些基因內(nèi)結合位點與可檢測的轉錄調(diào)控無關,且在進化上不保守。許多基因內(nèi)PhoB位點位于H-NS結合區(qū)域,可能是由于PhoB和H-NS的共同序列偏好。
2023年04月17日,《
mBio
》雜志發(fā)表了題為“
Genome-Wide Mapping of the Escherichia coli PhoB Regulon Reveals Many Transcriptionally Inert, Intragenic Binding Sites
”的研究論文,該研究通過對細菌轉錄因子PhoB結合位點的ChIP-seq、RNA-seq整合分析,揭示了大腸桿菌PhoB的許多基因內(nèi)轉錄因子結合位點和轉錄調(diào)控機制。
標題:
Genome-Wide Mapping of the Escherichia coli PhoB Regulon Reveals Many Transcriptionally Inert, Intragenic Binding Sites.
(大腸桿菌PhoB調(diào)控元件的全基因組定位揭示了許多轉錄惰性的基因內(nèi)結合位點)
時間:
2023-04-17
期刊:
mBio
影響因子:
IF 7.786
技術平臺:
ChIP-seq、RNA-seq、RT-qPCR等
研究摘要:
基因組規(guī)模分析揭示許多轉錄因子結合位點在基因內(nèi)部,引發(fā)了關于這些結合位點功能的問題。最近研究揭示細菌基因內(nèi)的大量轉錄因子結合位點,但絕大多數(shù)結合位點的功能尚未研究。本研究繪制了轉錄因子PhoB在大腸桿菌基因組中的結合,揭示了大多數(shù)PhoB結合位點都位于基因內(nèi)。分析結果表明,基因內(nèi)PhoB結合位點與重疊基因調(diào)控無關。數(shù)據(jù)揭示了細菌可以耐受大量非調(diào)控性基因內(nèi)轉錄因子結合位點的存在,且這些結合位點不受選擇性壓力影響。
研究使用染色質(zhì)免疫沉淀測序(ChIP-seq)和轉錄組測序(RNA-seq)對pho調(diào)控元件進行高分辨率的全基因組分析。研究對一組已知的pho調(diào)控基因進行分析和擴展,并鑒定出許多基因內(nèi)PhoB結合位點。分析結果顯示,絕大多數(shù)基因內(nèi)PhoB結合位點不保守,且與可檢測的調(diào)控功能無關。本研究數(shù)據(jù)表明,單個基因內(nèi)PhoB位點無功能,轉錄因子可以結合許多基因內(nèi)位點,對局部轉錄(local transcription)幾乎沒有影響。
實驗結果:
(1)磷酸鹽限制條件下PhoB的全基因組結合
圖1:C末端帶有FLAG3標簽的PhoB活性部分降低。qRT-PCR檢測在低磷酸鹽條件下生長的細胞中,野生型MG1655/pBAD24(wild type)、MG1655 ΔphoB(CDS091)/pBAD24(ΔphoB)和MG1655 phoB-FLAG3(DMF34)/pBAD24(phoB-FLAG3)中相對minD RNA對照的pstS RNA水平。值是三個生物學重復平均值;誤差線表示±1個標準差。
圖2:ChIP-seq鑒定PhoB結合位點。
ChIP-seq數(shù)據(jù):(i)低磷酸鹽條件下的無標簽對照,(ii)低磷酸鹽條件下的PhoB-FLAG3標簽,(iii)高磷酸鹽條件下的PhoB-FLAG3標簽。三個基因組區(qū)域,其中一個數(shù)據(jù)來自兩個生物學重復。x軸表示基因組位點。y軸表示歸一化序列reads覆蓋范圍,正值表示序列reads比對到正義鏈,負值表示序列reads比對到反義鏈。
每個ChIP-seq peaks周圍100 bp區(qū)域顯著富集的DNA序列motif。
PhoB結合位點相對于ChIP-seq peaks中心區(qū)域位點分析。
ChIP-seq鑒定的PhoB結合位點的基因組背景餅圖。“基因內(nèi)和上游”位點是基因內(nèi)但注釋基因起始上游<200bp位點。
表1:ChIP-seq鑒定的PhoB結合區(qū)域列表
圖3:ChIP-seq和ChIP-ChIP數(shù)據(jù)集比較分析
本研究ChIP-seq數(shù)據(jù)和已發(fā)表的ChIP-ChIP數(shù)據(jù)集之間的共有區(qū)域中,每個ChIP-seq peaks周圍100 bp區(qū)域顯著富集的DNA序列motif。
本研究ChIP-seq數(shù)據(jù)的特異性區(qū)域,每個ChIP-seq peaks周圍100 bp區(qū)域顯著富集的DNA序列motif。
(2)pho調(diào)控元件的再評估
圖4:大腸桿菌野生型和ΔphoB菌株的RNA-seq分析。散點圖顯示野生型(MG1655/pBAD24)或ΔphoB(CDS091/pBAD24)細胞中所有基因的相對RNA水平。每個數(shù)據(jù)點對應一個基因,三角形數(shù)據(jù)點代表先前報道的pho調(diào)控元件中的基因,紅色三角形表示該轉錄本ChIP-seq鑒定的上游PhoB位點,灰色三角形表示沒有上游位點。紅色圓圈表示以前沒有報道過的基因位于pho調(diào)控元件中,但在ChIP-seq中鑒定出上游PhoB位點。藍色圓圈表示ChIP-seq鑒定出的內(nèi)部PhoB位點基因。灰色圓圈表示所有其他基因。
圖5:pho調(diào)控元件潛在成員基因中RNAP(β亞基)占有率差異。
野生型MG1655(深色條)和MG1655 ΔphoB(CDS091;淺色條)中,ChIP-qPCR檢測的RNAP(β亞基)占有率是pho調(diào)控元件潛在成員的基因內(nèi)區(qū)域。左側示意圖顯示上游或內(nèi)部PhoB位點的基因(紅色垂直線)。水平條表示ChIP-qPCR中PCR擴增子位點,黑色條表示PhoB位點上游基因內(nèi)的擴增子,綠色條表示基因內(nèi)PhoB位點上游的擴增子,藍色條表示基因內(nèi)PhoB位點下游的擴增子。
(3)起始RNAP的PhoB依賴性招募
圖6:野生型和ΔPhoB細胞PhoB結合位點周圍σ
70
占有率差異。
散點圖顯示ChIP-seq鑒定的phoB結合位點周圍400bp區(qū)域在野生型MG1655和MG1655 ΔphoB(DMF84)中的歸一化σ
70
占有率。每個數(shù)據(jù)點代表一個PhoB結合位點;蜷g結合位點由紅色數(shù)據(jù)點表示,基因內(nèi)結合位點由藍色數(shù)據(jù)點表示。與PhoB結合位點相關的基因在野生型和ΔPhoB細胞的σ
70
占有率相差>2倍。
(4)H-NS與許多基因內(nèi)PhoB位點相關聯(lián),但不阻斷RNAP招募
圖7:H-NS抑制許多啟動子的轉錄
通過ChIP-seq鑒定的野生型MG1655和MG1655 Δhns(AMD565a)PhoB結合位點周圍400 bp區(qū)域的歸一化σ
70
占有率散點圖。
通過ChIP-seq檢測MG1655Δhns(AMD565a)細胞中所有σ
70
結合位點,鑒定出野生型MG1655和MG1655 Δhns(AMD565a)的歸一化化σ
70
占有率散點圖。
圖8:H-NS不抑制PhoB依賴性起始RNA聚合酶招募效應
(5)PhoB結合位點的序列保守性
圖9:PhoB結合位點在γ -變形菌屬(Gammaproteobacteria)物種中的保守性
參考文獻:
Fitzgerald DM, Stringer AM, Smith C, Lapierre P, Wade JT. Genome-Wide Mapping of the Escherichia coli PhoB Regulon Reveals Many Transcriptionally Inert, Intragenic Binding Sites. mBio. 2023 Apr 17:e0253522.
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