ATAC-seq（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput sequencing）是利用高通量测序检测转座酶易接近的染色质的一门技术。ATAC-seq 只需要很少的细胞就能鉴定基因组中所有活跃的调控序列。在 ATAC-seq 技术中，DNA 探针（作为转座子发挥作用）通过酶促反应（转座酶Tn5）被整合到基因组的开放区域，然后通过测序来鉴定这些区域。
| 推荐数据量 | 测序策略 | 推荐测序平台 | 细胞活性 |
动物 50M Reads；植物 100 M Reads | PE150 | illumina | ≥80% |
| 产品类型 | 样品要求 | |
| ATAC-seq | 样品类型 | 动物来源的新鲜细胞、冻存细胞或冻存组织 |
| 样品需求量 | 每个反应需细胞5-10万个，组织约50 mg | |
| 样品活性 | 制备为细胞悬液时，活性在85%以上 | |
| 样品纯度 | 需要避免外源污染 | |
| 样本预处理 | 预处理需参考乙方提供的详细资料进行 | |
期刊：Nature 发表时间：2022.2 影响因子：49.962 合作单位：中科院遗传发育所、中科院微生物所
破坏作物的感病（S）基因是赋予作物抗病能力的一种具有前景的育种策略。但破坏S基因的行为是一把双刃剑：在作物抗病性提升的同时，往往是以牺牲产量为代价的，这极大地限制了其在植物抗病育种中的应用。
近日中科院遗传发育所高彩霞团队、中科院微生物所邱金龙团队和中科院遗传发育所肖军团队合作发表在Nature（IF=49.962）的研究[1]中，发现感病基因MLO突变的Tamlo-R32突变体不仅被赋予强大的白粉病抗性，同时也保留了小麦的生长与产量的优势。作者通过cut&tag、ATAC-seq、RNA-seq与基因组编辑等在内的多组学技术手段，成功对小麦白粉病抗性和产量兼得的遗传改良途径进行剖析。
BOB半岛·综合体育有幸为本研究提供了ATAC-seq、4C测序和转录组建库测序服务，为挖掘新型突变体抗病高产的分子机制提供助力。
野生型和Tamlo-R32突变体小麦
1、全基因组重测序：NovaSeq PE150 测序深度50X
2、RNA-seq、4C-seq、ATAC-seq、CUT & Tag：NovaSeq PE150
作者在使用TALEN 载体产生的小麦mlo突变体中，成功鉴定了Tamlo-R32 突变体。该突变体表现出对白粉病强大的抗性，且株高和谷物产量方面没有表现出生长缺陷。
图1 Tamlo-R32抗白粉病且无生长缺陷
作者接下来对Tamlo-R32抗性相关的突变进行探究。Tamlo-R32 突变体中共有3个小麦MLO1基因，作者通过基因特异性引物扩增和基因杂交发现Tamlo-R32 中的抗性等位基因与 TaMLO-B1 基因座紧密相关。全基因组测序表明其染色体 4B 上发现了一个 304 Kb大片段缺失。缺失的右边界位于 TaMLO-B1 的第二个外显子，左边界终止于 MLO 基因（以下称为 TaMLOX）。
图2 Tamlo-R32在TaMLO-B1附近产生304Kb大片段缺失
为了研究Tamlo-R32中大片段缺失的影响，作者通过RNA-seq测序发现缺失上游的TaTMT3B基因相对于野生型 Bobwhite在 Tamlo-R32 中显著上调，进而导致TaTMT3 的总水平增加。
通过cut&tag和ATAC-seq检查TaTMT3B-MLO-B1 区域中的组蛋白修饰和染色质可及性，并辅以染色体构象捕获测序 (3C-seq) 和环状 3C-seq (4C-seq)技术，发现野生型中TaTMT3B 被 H3K27me3（参与形成导致基因沉默的长程染色质环）标记的启动子与远端基因座成环，而Tamlo-R32中大片段的缺失消除了 TaTMT3B 启动子和缺失区域（a-c 环）之间的染色质环，表明TaTMT3B 的转录受到抑制性组蛋白标记 H3K27me3 和野生型 Bobwhite 中抑制性染色质环的存在的抑制，而 Tamlo-R32 中的片段缺失消除了表观遗传抑制，并在 TaTMT3B 周围创造了一个致其上调的染色质环境。
图3 TaTMT3B表达调控示意图
基于以上研究结果，作者利用CRISPR-Cas9技术来开发含有 Tamlo-R32 等位基因的新小麦种质。使用仅具有两个 sgRNA 的 CRISPR–Cas9 DNA 或 RNP 将 Tamlo-R32 等位基因快速引入优质小麦品种，最终编辑四个优良冬小麦品种中的 MLO基因座。这些结果证明了相比于基因渗入，基因组编辑是将 Tamlo-R32 等位基因快速引入优质小麦品种的有力策略。
图4 使用CRISPR–Cas9 技术将 Tamlo-R32 等位基因快速引入优质小麦品种示意图
感病基因MLO的突变使病原微生物侵染能力下降，植株表现出抗病表型，但往往其生长和产量均受到负面影响。与其他突变体不同的是，Tamlo-R32突变体内发现一个304kb染色体片段的缺失。作者通过染色体三维空间图的绘制与转录组分析，发现其染色质三维空间结构发生重排，表观的遗传变化导致上游编码液泡膜单糖转运基因TaTMT3显著上调，这恰好恢复了Tamlo-R32材料的生长和产量。该团队通过杂交和多代回交，将MLO突变和染色体缺失片段一起导入优良小麦品种中，获得了抗白粉病且高产品系的快速创新。
[1] Li S, Lin D, Zhang Y, Deng M, Chen Y, Lv B, Li B, Lei Y, Wang Y, Zhao L, Liang Y, Liu J, Chen K, Liu Z, Xiao J, Qiu JL, Gao C. Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties. Nature. 2022 Feb 9.
