方玉達研究組揭示擬南芥基因組加倍導致的三維染色質結構及基因表達調控特征

       2019年6月11日,Nucleic Acids Research雜志在線發表了中科院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所植物分子遺傳國家重點實驗室方玉達研究組題為“The effects of Arabidopsis genome duplication on the chromatin organization and transcriptional regulation”的研究論文。該論文利用染色質構象捕獲等技術解析了擬南芥基因組加倍所導致的基因三維空間變化及對基因轉錄調控的影響。

       植物多倍化是自然界中非常普遍的現象,是推進植物進化、適應環境的主要方式之一。多倍體的形成增加了基因表達調控的復雜程度,目前很多研究證明基因組的三維結構對基因組的轉錄調控起到很重要的作用。為了解析多倍化過程中三維基因組結構變化及多倍體基因組表達調控的影響,方玉達研究組利用染色體構象捕獲技術(Hi-C)繪制了擬南芥同源四倍體的染色體組裝特點,相比于野生型(Col-0),同源四倍體擬南芥(4×Col-0)基因組表現出染色體臂內交互減少,染色體之間交互增多的特點;研究還發現染色體倍性的增加可以導致染色體松緊狀態的轉換,染色體松散的區域含有豐富的H3K4me3信號,相對緊密的區域則富集H3K27me3信號。另一方面,研究發現染色體交互強度的變化可以影響基因的表達,擬南芥同源四倍體中約72.5% 轉錄發生變化的基因位置發生了染色體交互強度變化,并且推測順式作用元件交互強度的改變可能進一步影響了相關基因的表達。該研究成果有助于了解植物多倍化三維基因組結構特點,為作物的多倍體育種提供新的分子機制解釋。

       該項目由中科院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所方玉達研究組和華中農業大學信息學院李國亮研究組合作完成。方玉達組助理研究員張輝為該論文的第一作者,方玉達研究員與李國亮教授為共同通訊作者。該研究得到了國家基金委的資助。

       論文鏈接:https://doi.org/10.1093/nar/gkz511

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