新華社：我科學家成功繪製玉米高分辨三維基因組圖譜_風聞

**新華社武漢6月16日電（記者李偉）**華中農業大學科研團隊近日成功繪製玉米活躍表達基因參與的高分辨率三維基因組圖譜，鑑定了基因組順式調控元件三維互作模式，揭示了玉米三維基因組結構調控基因的表達進而影響表型變異的潛在機理。系列成果表明，玉米高分辨率三維基因組的研究對於玉米功能基因組的研究，以及對於玉米複雜農藝性狀的研究都有重要的意義。

記者16日從華中農業大學獲悉，該校李興旺教授、嚴建兵教授和李國亮教授團隊合作的這一研究成果，近日在線發表在國際學術期刊《自然·通訊》。

玉米基因組中超過80%序列都位於基因間區，其中包含許多已經鑑定的影響重要農藝形狀的遺傳變異，但是，玉米中這些位於基因間區的順式調控元件影響基因表達的機制尚不清楚。

三維基因組手段是破解遺傳機理的“關鍵鑰匙”，通過三維基因組的手段來解析玉米中順式調控元件的作用機制顯得尤為重要。而傳統三維結構研究方法受限於精度不高等因素，很難得到高分辨率的三維結構圖譜，制約了科學家對這一機制的破解。

來自華中農業大學生科院、植科院和信息學院的研究團隊跨領域合作，利用創新的實驗方法，產生了有關數據，成功構建了精確到基因水平的高分辨率玉米三維基因組結構圖譜。

基於高分辨率的圖譜，研究團隊進一步詳細展示了啓動子和啓動子交互基因的基本特徵，同時研究人員提出三維空間的鄰近為基因的表達調控提供了基礎。

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南湖新聞網訊（記者 科宣 通訊員 彭勇）近日，我校李興旺教授、嚴建兵教授和李國亮教授團隊合作，首次利用Long-read ChIA-PET技術，繪製了玉米活躍表達基因參與的高分辨率三維基因組圖譜，鑑定了基因組順式調控元件三維互作模式，揭示了玉米三維基因組結構調控基因的表達進而影響表型變異的潛在機理。6月14日，該研究成果以“Chromatininteraction maps reveal genetic regulation for quantitative traits in maize”為題在線發表在國際學術期刊《Nature Communications》。

啓動子和順式調控元件的鑑定

三維基因組手段成為破解遺傳機理的“關鍵鑰匙”

玉米基因組中超過80%序列都位於基因間區，其中包含許多已經鑑定的影響重要農藝形狀的遺傳變異，比如已經驗證的部分調控元件，有促進玉米植株花青素合成基因b1, 影響玉米分櫱的tb1和控制開花期的vgt1和ZmCCT9等。但是，玉米中這些位於基因間區的順式調控元件影響基因表達的機制尚不清楚。

以動物為模型的相關研究發現遠程順式調控元件主要通過與目標基因空間鄰近來發揮作用。因此，通過三維基因組的手段來解析玉米中順式調控元件的作用機制顯得尤為重要。而傳統的三維結構研究方法受限於精度不高等因素，很難得到高分辨率的三維結構圖譜，制約了科學家對這一機制的破解。

創新方法，聯手繪製玉米高分辨三維基因組圖譜

來自我校生科院、植科院和信息學院的研究團隊跨領域合作，利用創新的實驗方法，產生了RNA聚合酶II(RNAPII)和H3K4me3抗體的Long-read ChIA-PET數據，成功構建了精確到基因水平的高分辨率玉米三維基因組結構圖譜。

本研究首先利用不同組蛋白修飾的ChIP-seq數據，定義了玉米品種B73苗期葉片基因的啓動子區域，同時利用開放染色質區間和DNA甲基化數據鑑定了遠程順式調控元件。Long-read ChIA-PET實驗結果顯示，RNAPII介導了25002個染色質遠程互作，H3K4me3修飾區域（主要是啓動子區）參與了49766個遠程互作。綜合兩個ChIA-PET數據，在玉米中共檢測到28875個基因啓動子和基因啓動子互作（PPI），9152個遠程順式調控元件和基因啓動子的相互作用（PDI）。

按圖索驥 取得高水平創新成果

基於高分辨率的圖譜，研究團隊進一步按圖索驥，詳細展示了啓動子和啓動子交互基因（Promoter-promoter Interaction, PPI model）的基本特徵。同時研究人員將已發表的eQTL與染色質遠程交互的數據相結合，提出三維空間的鄰近為基因的表達調控提供了基礎。研究人員還發現參與染色質遠程互作的DNA順式調控元件在農藝性狀和代謝產物相關的QTL中顯著富集。已經被驗證的vgt1和ZmCCT9調控位點，也被檢測到與目標基因存在空間鄰近。系列成果表明，玉米高分辨率三維基因組的研究對於玉米功能基因組的研究，以及對於玉米複雜農藝性狀的研究都有重要的意義。

華中農業大學博士研究生彭勇和熊丹為論文共同第一作者。生命科學技術學院李興旺教授、植物科學技術學院嚴建兵教授和信息學院李國亮教授為共同通訊作者。研究得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金，以及作物遺傳改良國家重點實驗室自主課題和華中農業大學自主創新課題等項目的支持。

李興旺

嚴建兵

李國亮

鏈接：http://www.xinhuanet.com/science/2019-06/17/c_138149775.htm

論文：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10602-5