PBJ | 华中农业大学绘制棉花高精度的三维基因组图谱

棉花属于锦葵科棉属植物，陆地棉是目前全世界种植面积最大且产量最高的栽培棉种。近年来，陆地棉的基因组学研究取得了极大进展，但人们对其全基因组水平多维层级结构，功能元件以及其与候选基因在空间上的调控关系认识非常少。一个完整且精细的三维基因组图谱以及非编码调控元件鉴定对于棉花重要农艺性状的遗传改良具有非常重要的意义。近日，华中农业大学棉花遗传改良团队针对这一问题展开了研究，研究成果发表于植物学领域高水平期刊Plant Biotechnology Journal。

该研究利用了一种最新的多维染色质互作检测技术Pore-C。该技术通过Nanopore长读段测序技术来识别染色质多重互作，不仅能很好地分析三维基因组空间结构特征，而且弥补了Hi-C和ChIA-PET等技术的不足，能够用于研究染色质多重互作。该研究结合了多种三维基因组分析技术 (Pore-C, Hi-C和ChIA-PET)，构建了一个目前棉花里精度最高的三维基因组图谱，其分辨率达到3 Kb，同时包含多重互作。通过分析发现，相比于Hi-C，Pore-C能识别更多拓扑相关结构域间的互作 (TAD clique)；并且发现TAD clique越大，所包含的B compartment区域越多，基因表达水平越低，也更趋向于分布在着丝粒附近。

通过分析此高精度三维基因组图谱，研究发现31,047个染色质环（loop）两端都包含基因 (G-G loop), 40,035个loop一端包含基因 (G-N loop) 以及121,415个loop两端均处于非基因区域 (N-N loop)。通过结合ChIP-Seq和ATAC-Seq数据，该研究在全基因组水平上一共鉴定了7746个可能的非编码调控元件（CRE），其中包含H3K27me3修饰的CRE所连接的基因表达水平最低。此外，通过利用多组学数据，该研究从三维基因组的角度解释了四倍体陆地棉亚基因组同源基因表达不平衡的问题，其可能的原因在于同源基因对在亚基因组上TAD的相对位置分布差异以及亚基因组间loop形成的调控差异，影响了同源基因的表达。

总之，该研究通过利用多种三维基因组分析技术，构建了陆地棉高精度的三维基因组图谱。通过Pore-C技术分析了三维基因组空间上的多重互作，并研究了多重互作对于基因表达的影响；同时，通过结合多个组学，鉴定了基因组上的非编码调控元件，剖析了三维基因组结构的差异对于亚基因组间同源基因表达不平衡的潜在影响。

华中农业大学王茂军教授和朱龙付教授为论文通讯作者，博士研究生黄鲜晖和田雪寒为论文共同第一作者，张献龙教授参与了项目设计。该项研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北洪山实验室重大项目的资助。

Figure 1 棉花高精度的三维基因组图谱

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13877

转自：植物生物技术Pbj

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