GAMETE以单核分辨率绘制了水稻花粉中染色质可及性的遗传结构图谱

《Genome Biology》：GAMETE maps the genetic architecture of chromatin accessibility in rice pollen at single-nucleus resolution

　　

摘要

背景

解析配子发生过程中细胞类型特异性基因调控的遗传基础仍是一项重大挑战。群体水平研究会掩盖细胞间的异质性，而单细胞分析的数据极度稀少，难以进行准确的遗传图谱构建。

结果

我们提出了GAMETE（单核分辨率下表观遗传特征的遗传结构绘图）这一整合框架，它结合了MPS-ATAC-seq这种高通量单核ATAC-seq技术，以及用于从稀疏单核数据中推断基因型并构建遗传图谱的强大计算方法。将该框架应用于杂交水稻花粉后，我们同时分析了染色质可及性，并确定了4,887个单个单倍体核的基因型，从而发现了不同花粉细胞类型之间的差异性染色质特征。研究还发现，在小孢子中的吉普赛逆转录转座子在其在精子细胞中被沉默之前，其染色质可及性会出现异常升高，这一现象揭示了可能存在有助于基因组扩大的监控缺失。通过同步分析，我们能够构建单细胞重组图谱，确定分离畸变位点并追踪其发育起源，同时还识别出了16,113个染色质可及性QTL（caQTL），其中48.6%具有明显的细胞类型特异性。对导入系的分析表明，存在一种具有细胞类型特异性的转录因子caQTL，可调控对花粉至关重要的DTM1基因。

结论

本研究证实，GAMETE是一种通用性强的框架，无需等待后续世代即可解析配子发生过程中染色质可及性的遗传结构。

图形摘要

背景

解析配子发生过程中细胞类型特异性基因调控的遗传基础仍是一项重大挑战。群体水平研究会掩盖细胞间的异质性，而单细胞分析的数据极度稀少，难以进行准确的遗传图谱构建。

结果

我们提出了GAMETE（单核分辨率下表观遗传特征的遗传结构绘图）这一整合框架，它结合了MPS-ATAC-seq这种高通量单核ATAC-seq技术，以及用于从稀疏单核数据中推断基因型并构建遗传图谱的强大计算方法。将该框架应用于杂交水稻花粉后，我们同时分析了染色质可及性，并确定了4,887个单个单倍体核的基因型，从而发现了不同花粉细胞类型之间的差异性染色质特征。研究还发现，在小孢子中的吉普赛逆转录转座子在其在精子细胞中被沉默之前，其染色质可及性会出现异常升高，这一现象揭示了可能存在有助于基因组扩大的监控缺失。通过同步分析，我们能够构建单细胞重组图谱，确定分离畸变位点并追踪其发育起源，同时还识别出了16,113个染色质可及性QTL（caQTL），其中48.6%具有明显的细胞类型特异性。对导入系的分析表明，存在一种具有细胞类型特异性的转录因子caQTL，可调控对花粉至关重要的DTM1基因。

结论

本研究证实，GAMETE是一种通用性强的框架，无需等待后续世代即可解析配子发生过程中染色质可及性的遗传结构。

图形摘要