[论文解读] The relationships among GC content, nucleosome occupancy, and exon size

Liya Wang, Lincoln Stein+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2014

Genomics and Chromatin Dynamics参考文献 35被引用 3

一句话总结

本研究探讨了后生动物中GC含量、核小体重度与外显子大小之间的相互作用。利用人类核小体定位数据，研究发现侧翼内含子中更高的GC含量与更大的外显子及更高的核小体重度相关，表明染色质结构是塑造外显子大小演化的重要驱动力。

ABSTRACT

The average size of internal translated exons, ranging from 120 to 165 nt across metazoans, is approximately the size of the typical mononucleosome (147 nt). Genome-wide study has also shown that nucleosome occupancy is significantly higher in exons than in introns, which might indicate that the evolution of exon size is related to its nucleosome occupancy. By grouping exons by the GC contents of their flanking introns, we show that the average exon size is positively correlated with its GC content. Using the sequencing data from direct mapping of Homo sapiens nucleosomes with limited nuclease digestion, we show that the level of nucleosome occupancy is also positively correlated with the exon GC content in a similar fashion. We then demonstrated that exon size is positively correlated with their nucleosome occupancy. The strong correlation between exon size and the nucleosome occupancy suggests that chromatin organization may be related to the evolution of exon sizes.

研究动机与目标

• 探究后生动物中外显子大小与染色质结构之间的进化关系。
• 检验侧翼内含子中的GC含量是否影响外显子大小与核小体重度。
• 确定基因组范围内核小体重度是否与外显子大小相关。
• 评估染色质结构，特别是核小体定位，是否对内含子外显子（约120–165 nt）的保守大小起作用。

提出的方法

• 根据外显子侧翼内含子的GC含量对外显子进行分组，以分析其大小与重度假设趋势。
• 利用通过有限蛋白酶消化与高通量测序获得的智人（Homo sapiens）直接核小体定位数据。
• 测量外显子与内含子中的核小体重度水平，以比较其富集模式。
• 在全基因组范围内进行外显子大小、GC含量与核小体重度之间的相关性分析。
• 使用统计建模评估观察到的相关性的强度与显著性。
• 聚焦于内含子外显子，以最小化末端外显子与剪接位点邻近性带来的混杂影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 侧翼内含子的GC含量与相邻外显子大小之间是否存在相关性？
• RQ2 外显子中的核小体重度是否随周围区域GC含量的变化而变化？
• RQ3 在人类基因组范围内，外显子大小与核小体重度的相关性有多大？
• RQ4 染色质结构是否能够解释后生动物中内含子外显子（约120–165 nt）大小的进化保守性？
• RQ5 GC含量、核小体重度与外显子大小之间的关系在不同基因组区域中是否一致？

主要发现

• 外显子大小与侧翼内含子的GC含量呈正相关，GC含量越高，外显子越大。
• 外显子中的核小体重度显著高于内含子，且其重度假设随侧翼内含子GC含量的升高而增加。
• 外显子大小与核小体重度之间存在强烈正相关，提示存在共同的调控机制。
• GC含量与外显子大小及核小体重度之间的相关性在人类基因组范围内保持一致，支持其功能关联。
• 观察到的关系表明，染色质结构可能是塑造后生动物中外显子大小演化的重要进化约束因素。
• 研究结果支持如下假设：内含子外显子（约120–165 nt）的保守大小可能由核小体定位约束所维持。