高级研究杂志:揭示四倍体水稻三维染色质结构与基因转录的解耦机制

来源：上海交通大学2022-09-02 15336051

多倍体在植物进化、新物种形成和育种中发挥着重要作用。

上海交通大学农业与生物学院方研究组/上海现代种业协同创新中心、华中农业大学信息学院研究组和湖北大学生命科学学院蔡德田研究组合作，在《高等研究》杂志(2021IF: 12.822)在线发表了题为《过渡元素中的DNA甲基化缓冲三维比色组织与ri上基因转录的联系》的论文。ce基因组复制的研究论文揭示了水稻基因组加倍调控的转座子甲基化减弱了染色质三维结构中A/B区室转换和TAD边界基因变化对基因转录的影响，导致水稻基因组加倍过程中染色质三维结构变化与基因转录的解耦。

多倍体在植物进化、新物种形成和育种中发挥着重要作用。多倍体植物通常表现出强大的生物潜力、改善的环境适应性以及增加的生物量和产量。众所周知，同源四倍体水稻与二倍体水稻相比，蛋白质含量更高，氨基酸组成更好，籽粒更大，千粒重更高。然而，水稻基因组复制中高阶染色质组织的功能要求尚不明确，染色质三维结构与基因表达的相关或非相关机制也不清楚。

方研究组对二倍体(2C)和同源四倍体(4C)水稻进行了高通量染色体构象捕获(Hi-C)分析，发现4C水稻染色体之间的相互作用弱于其2C祖先。作者还发现，三维染色质结构的变化，包括染色质区室、拓扑结合域(TADs)和环，与基因表达无关。此外，在2C和4C水稻中，A/B区室和TAD边界的基因调控序列中的DNA甲基化与基因表达无关。但染色质三维结构不参与转录调控的机制尚不清楚。这项研究进一步揭示了跨A/B区室和TAD边界基因的转座因子(TEs)的超甲基化抑制了这些基因的表达。作者认为，水稻基因组加倍后染色质相互作用的减少可能会增加基因组的可及性，并调节te甲基化以中和染色质结构对基因组调控的影响，从而导致基因表达与3D染色质结构的解耦，减少水稻基因组加倍过程中的基因组休克。该研究首次揭示了四倍体水稻三维基因组变化与基因表达无关的机制，为后续探索单子叶植物三维基因组与基因表达调控的关系提供了新线索。

上海交通大学孙振飞博士、华中农业大学王云龙博士、湖北大学宋副教授为论文合著者，上海交通大学方、华中农业大学、湖北大学蔡德田教授为论文合著者。本研究得到了国家重点研发中心上海现代种业协同创新中心的资助。博士和国家自然计划。

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