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噬菌体,谁是你的宿主?Hi-C解析微生物-宿主互作了解一下 原创: Frasergen MG娱乐网站网址 昨天

发布时间:2019-5-15 9:16:27阅读次数: 分享到:

Hi-C解析噬菌体-细菌互作【1】

        噬菌体在维持微生物群落的稳定性中起着至关重要的作用。鉴定细菌与噬菌体间的关系对于了解微生物群落的复杂性就显得尤为重要。现有常规技术存在以下缺陷:

    1) 很难从微生物群落中得到完整的细菌与噬菌体基因组信息;

    2)细菌与噬菌体间的关系较难确认,使得确认微生物群落中噬菌体的宿主成为难题。


        Hi-C技术可通过交联、酶切、连接能够捕获到全基因组的三维构象,基因组一维距离上离得越近的越容易捕获到更多的互作。基于上述原理,可通过Hi-C区分微生物群落分析中获得的contigs哪些是来自于同一个细菌或者噬菌体,同时确认噬菌体的宿主。


       Marbouty等人利用Hi-C技术对小鼠粪便中的微生物群落进行了解析。群落微生物基因组组装共得到374,363条contigs,共580Mb,过滤后contigs长度共521Mb。利用meta3C文库对上述得到的contigs进行互作网络的构建,进一步分出核心群落(core communities,CCs)。从图1 可以看出,菌落间的互作较小,表明该技术可以很好的区分微生物群落中的微生物。


图1   前100个最大的核心群落的互作热图


        研究者在对所有得到的CCs进行注释时发现,小鼠的粪便群落中有较多的噬菌体,这些噬菌体与某些特定的细菌互作较多(图2),表明该噬菌体的宿主为这些相互作用的细菌。


图2  噬菌体与细菌间的互作


        进一步作者对43个可能的噬菌体进行了分析,构建了整体的“侵染图谱”(图3)。该研究对于研究细菌群落的复杂性提供了新的方法与思路。


图3  细菌-噬菌体互作图谱

横坐标:噬菌体的编号;纵坐标:细菌菌落;颜色越深表示互作越强


Hi-C解析微生物-真核生物互作【2】


      说完了细菌与噬菌体间互作,有必要了解一下应用更为广泛的微生物-真核生物的互作,如根瘤菌-豆科植物互作共生固氮,病原菌/病毒-人体侵染引发疾病,微生物与真核生物间相互作用是否可以通过Hi-C技术捕获分析?


       在乙肝病毒HBV-肝细胞的侵染模型中,研究者构建了HBV侵染人肝细胞后的人全基因组互作图谱,发现HBV侵染前后,全基因组三维结构(全基因组互作图谱,compartment A/B))并未发现显著变化(图4),同时对应的组蛋白修饰和转录组也无变化。



图4  400kb分辨率下HBV未侵染(左)和侵染(右)肝细胞的12号染色体的互作图谱


       然而经富集发现,HBV-肝细胞间基因组间发生互作(图5),同时发现病毒与宿主互作集中在宿主基因组的活跃区域(图5,图6),如CpG岛区域,同时发现这些结合区域富含侵染过程中差异表达基因。


图5 HBV未侵染(左)和侵染(右)肝细胞条件下HBV与肝细胞12号染色体间互作


图 6 HBV与肝细胞基因组优先在CpG岛区域互作(左)和CpG岛区域基因表达情况(右)


        Hi-C技术不仅可以用于研究基因组内部因转录因子介导的基因座与基因座间互作,还可以通过Hi-C捕获到共生或侵染情况下的2个基因组间的空间互作信息,用于解析寄主基因组如何渗透宿主基因组三维网络,如何接触宿主的染色质,发挥共生或侵染的功能目的,这一方法将为共生和侵染模型的研究提供新视角。


        MG娱乐网站网址致力于提供高质量的三维基因组Hi-C等技术,目前已完成近百个物种的基因组三维结构解析,包括条件致病菌、活性代谢产物生产菌、极端抗逆菌、发酵菌等多种原核细菌的Hi-C。我们期待着能够揭晓更多的细菌基因组三维结构,研究其与特殊性状之间的关系,使人们能够更加深入的理解三维结构与基因表达的调控关系,以期解决当前细菌耐药性、致病菌的易传播性、逆境下的高存活性、次级代谢产物积累的负反馈调节性等问题。

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    参考文献:

    1. Marbouty M, Baudry L, Cournac A, et al. Scaffolding bacterial genomes and probing host-virus interactions in gut microbiome by proximity ligation (chromosome capture) assay[J]. Science advances, 2017, 3(2): e1602105.

     2. Moreau P, Cournac A, Palumbo G A, et al. Tridimensional infiltration of DNA viruses into the host genome shows preferential contact with active chromatin[J]. Nature communications, 2018, 9.



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