Science China Life Sciences | 徐炜团队开发新型泛表观组学技术mDIP-seq

9月4日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）徐炜团队在《中国科学生命科学（Science China Life Sciences）》上在线发表了题为“Multifactorial and multiplexed epigenomic profiling of five DNA modifications in plants with mDIP-seq”的研究论文。该研究开发了一项高通量、低成本、多类型DNA修饰测序技术mDIP-seq，并基于该技术在水稻、大豆、玉米和拟南芥中系统绘制了5mC、5hmC、5caC、4acC和6mA五种DNA修饰的全基因组分布图谱。该研究揭示了各类非5mC修饰在植物基因组中的分布特征，探索了非5mC修饰参与基因表达调控的作用机制，为植物表观遗传学研究提供了强有力的工具。

DNA修饰是表观遗传学重要研究对象，包含5mC、5hmC、6mA、4acC、5caC等多种类型，在作物性状形成过程等各种生物学过程中发挥重要作用。解析DNA修饰的基因组分布对表观遗传学机制的研究至关重要。然而，由于原有技术存在通量低、成本高等限制，导致很多物种的DNA表观组学数据严重不足，限制了表观遗传学的基础研究及其在育种等实际应用中的展开。

研究团队基于前期开发的单链DNA条形码连接技术，将免疫共沉淀与一管式并行实验策略相结合，成功开发了mDIP-seq技术（图1A）。相较于传统DIP-seq/MeDIP-seq方法，mDIP-seq在检测24个样本的5种DNA修饰时，可将实验效率提升15倍，平均建库成本降至1/12（图1B）。同时，与WGBS方法相比，mDIP-seq在检测5mC甲基化差异基因方面也表现出低测序深度需求的显著优势（图1C）。

图1 | mDIP-seq流程示意图及技术优势

研究团队利用mDIP-seq对水稻、大豆、玉米和拟南芥四种重要植物进行了系统分析，共构建了115个测序文库，成功绘制了五种DNA修饰的全基因组分布图谱。研究发现了一系列非5mC修饰（5hmC、5caC、4acC、6mA）的植物共有特征（图2A）：多在转录起始位点（TSS）附近富集，且与基因表达呈总体正相关（玉米中5hmC和6mA除外）；这些修饰与R-loop的DNA-RNA杂合链存在显著共定位（图2B），暗示非5mC修饰与R-loop可能协同参与转录调控。此外，非5mC修饰同样也存在物种特异性特征，例如，4acC在大豆中显著富集于rDNA反义链，在玉米中则分布于tRNA基因，暗示4acC可能参与非编码基因的调控。

图2 | 5种DNA修饰在4种植物基因组上的分布，及非5mC修饰与R-loop共定位示意图

基因组所（大鹏湾实验室）徐炜研究员和孙长斌副研究员为论文共同通讯作者，博士生闫建丽和科研助理姬姣姣为论文共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程、中国农业科学院青年创新专项和国家自然科学基金的支持。

原文链接：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3034-9