南科大靳文菲團隊發表二倍體基因組三維結構科研成果

2020-08-31 南方科技大學

近日，南方科技大學生物系副教授靳文菲課題組和美國國立衛生研究院趙可吉實驗室合作發表二倍體基因組三維結構的科研成果，該論文以「Diploid genome architecture revealed by multi-omic data of hybrid mice」為題發表在國際著名學術期刊Genome Research（基因組學領域唯一的自然指數期刊）。該研究利用多組學技術研究雜交小鼠揭示同源染色體間的相互作用模式、三維結構、染色質動態、組蛋白修飾及其對基因表達的影響，豐富了人類對基因組三維結構及其對基因調控的認識。

三維基因組的組裝規律

幾乎所有高等動物都是二倍體，即生物擁有分別來自父本和母本的兩套基因組。人類的二倍體基因組一般以形態、結構基本相同的同源染色體呈現。因為同源染色體序列高度相似，常見研究一般不區分同源染色體的父本和母本。這樣研究得到的結果是這兩套基因組的均值，忽略了同源染色體間的差異。同時，沒有同源染色體相互作用信息就無法構建真正的三維基因組，無法研究其對基因表達的影響。該研究利用遠親雜交產生後代攜帶大量雜合位點的優勢來區分同源染色體的父本和母本。

該研究利用兩個不同品系小鼠雜交獲得雜交小鼠，構建雜交小鼠父本與母本的Hi-C、ChIP-seq、RNA-seq等組學數據。根據雜交小鼠的多態位點和小鼠品系特異基因型把雜交小鼠組學數據分成父本來源基因組和母本來源基因組，這樣就可以在單倍型水平構建三維基因組和研究基因調控。分析表明，同源染色體具有高度相似的相互作用模式，這種相互作用模式的相似性與其等位基因的共表達水平高度相關。此外，同源染色體到細胞核中心的距離高度一致。雜交小鼠細胞核中單倍體的拓撲結構域（TAD）、染色質狀態（A|B compartment）與其親本來源保持高度一致。在雜合小鼠單倍體與親本相比發生染色質狀態轉變的區域中，95%的區域雜交小鼠同源染色體的染色體狀態變為一致，表明同源染色體的細胞質狀態在雜交小鼠同樣的細胞核微環境中變得相似。該研究對於理解細胞核中同源染色體結構及其對基因表達調控機制具有重要意義。

靳文菲課題組博士後韓志軍為該文第一作者，南科大為論文第一署名單位。靳文菲和趙可吉為該文的共同通訊作者。南科大生物系講席教授陳煒和東南大學教授林承棋參與了該工作。該研究得到國家重點研發計劃和深圳市科技創新委員會資助。

論文連結：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32759226/

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