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CRISPR 扰动是研究基因组功能效应的宝贵工具。然而，现有方法在研究非编码元件和遗传相互作用方面的效用有限。在这里，我们开发了一个双向表观遗传编辑系统 (CRISPRai)，其中正交激活 (CRISPRa) 和抑制 (CRISPRi) 扰动同时应用于同一细胞的多个基因座。我们开发了双 gRNA 捕获单细胞 Perturb-seq 来研究两种造血谱系转录因子 SPI1 和 GATA1 之间已建立的相互作用，并发现了共同调节基因的新型上下文特定调控模式。将 CRISPRai 扩展到非编码元件，我们解决了多个增强子如何相互作用以调节 T 细胞中共同靶基因白细胞介素-2 的表达。我们发现增强子功能主要是附加的并能够对基因表达进行微调，但在基因表达控制强度方面，增强子之间存在明显的层次结构。启动子在控制基因表达方面比大多数增强子占主导地位；然而，一小部分增强子表现出强大的功能效应或守门人功能，尽管启动子被激活，但仍可以关闭基因。将这些功能数据与组蛋白 ChIP-seq 和 TF 基序富集相结合，表明存在多种增强子介导的基因调控模式。我们的方法 CRISPRai 用于双向表观遗传编辑，提供了一种识别新遗传相互作用的方法，这些相互作用在没有双向扰动的情况下进行研究时可能会被忽视，并且可以应用于基因和非编码元件。
双向表观遗传编辑揭示基因调控的层次结构
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