2022年8月 4日，上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院/上海市現(xiàn)代種業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心方玉達課題組和華中農(nóng)業(yè)大學信息學院李國亮研究組及湖北大學生命科學學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)三維結構中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，導致水稻基因組加倍時染色質(zhì)三維結構改變和基因轉(zhuǎn)錄之間的解偶聯(lián)。

 

　　多倍體在植物進化、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)為具有強大的生物潛力、提高環(huán)境適應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)三維結構與基因表達之間的關聯(lián)或非關聯(lián)機制也尚不明確。

 

　　方玉達課題組對二倍體（2C）和同源四倍體（4C）水稻進行了高通量染色體構象捕獲（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)結構的變化，包括染色質(zhì)區(qū)室、拓撲結合域（TADs）和環(huán)與基因表達不相關。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甲基化與基因表達無關。然而，染色質(zhì)三維結構不參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機制尚不清楚。本研究進一步揭示了跨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。作者認為，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)結構對基因組調(diào)控的影響，從而導致基因表達與3D染色質(zhì)結構的解偶聯(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不相關的作用機制，為后續(xù)探索單子葉植物三維基因組與基因表達調(diào)控的關系提供了新的線索。

 

　　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調(diào)控影響的作用機制模型

 

　　上海交通大學孫鎮(zhèn)菲博士、華中農(nóng)業(yè)大學王云龍博士和湖北大學宋兆建副教授為該論文共同第一作者，上海交通大學方玉達教授、華中農(nóng)業(yè)大學李國亮教授和湖北大學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