2022年8月 4日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院/上海市現(xiàn)代種業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心方玉達(dá)課題組和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院李國亮研究組及湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院蔡得田課題組合作在Journal of Advanced Research （2021 IF：12.822） 在線發(fā)表了題為“DNA methylation in transposable elements buffers the connection between three-dimensional chromatin organization and gene transcription upon rice genome duplication”的研究論文，揭示了水稻基因組加倍所調(diào)控的轉(zhuǎn)座子甲基化減弱了染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)中A/B區(qū)室轉(zhuǎn)化和TAD邊界基因改變對基因轉(zhuǎn)錄的影響，導(dǎo)致水稻基因組加倍時染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)改變和基因轉(zhuǎn)錄之間的解偶聯(lián)。

 

　　多倍體在植物進(jìn)化、新物種的形成和育種中起著重要作用。多倍體植物通常表現(xiàn)為具有強(qiáng)大的生物潛力、提高環(huán)境適應(yīng)性以及增加的生物量和產(chǎn)量等性狀。眾所周知，與二倍體水稻相比，同源四倍體水稻具有更高的蛋白質(zhì)含量、更好的氨基酸組成、更大的籽粒和更高的千粒重等性狀。然而，水稻基因組復(fù)制過程中高階染色質(zhì)組織的功能要求尚不清楚，且染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)之間的關(guān)聯(lián)或非關(guān)聯(lián)機(jī)制也尚不明確。

 

　　方玉達(dá)課題組對二倍體（2C）和同源四倍體（4C）水稻進(jìn)行了高通量染色體構(gòu)象捕獲（Hi-C）分析，發(fā)現(xiàn)4C水稻與其2C祖先相比，染色體內(nèi)相互作用減弱。作者還發(fā)現(xiàn)三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，包括染色質(zhì)區(qū)室、拓?fù)浣Y(jié)合域（TADs）和環(huán)與基因表達(dá)不相關(guān)。此外，在2C和4C水稻中，A/B區(qū)室和TAD邊界基因調(diào)控序列中的DNA甲基化與基因表達(dá)無關(guān)。然而，染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)不參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機(jī)制尚不清楚。本研究進(jìn)一步揭示了跨A/B區(qū)室和TAD邊界基因的轉(zhuǎn)座因子（TEs）的高甲基化抑制了這些基因的表達(dá)。作者認(rèn)為，水稻基因組加倍后染色質(zhì)相互作用的減少可能增加基因組的可及性，調(diào)節(jié)TE甲基化以中和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因組調(diào)控的影響，從而導(dǎo)致基因表達(dá)與3D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的解偶聯(lián)，減少水稻基因組加倍時的“基因組震蕩”。該研究首次揭示了四倍體水稻中三維基因組變化與基因表達(dá)不相關(guān)的作用機(jī)制，為后續(xù)探索單子葉植物三維基因組與基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)系提供了新的線索。

 

　　水稻基因組加倍后轉(zhuǎn)座子甲基化抑制三維基因組對基因表達(dá)調(diào)控影響的作用機(jī)制模型

 

　　上海交通大學(xué)孫鎮(zhèn)菲博士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)王云龍博士和湖北大學(xué)宋兆建副教授為該論文共同第一作者，上海交通大學(xué)方玉達(dá)教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李國亮教授和湖北大學(xué)蔡得田教授為共同通訊作者。該研究得到了上海市現(xiàn)代種業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心、國家重點研發(fā)和國家自然基金項目的資助。

 

　　原文鏈接：DOI: 10.1016/j.jare.2022.07.007