近日，南方科技大学生物系副教授靳文菲课题组和美国国立卫生研究院赵可吉实验室合作发表二倍体基因组三维结构的科研成果，该论文以“Diploid genome architecture revealed by multi-omic data of hybrid mice”为题发表在国际著名学术期刊Genome Research（基因组学领域唯一的自然指数期刊）。该研究利用多组学技术研究杂交小鼠揭示同源染色体间的相互作用模式、三维结构、染色质动态、组蛋白修饰及其对基因表达的影响，丰富了人类对基因组三维结构及其对基因调控的认识。

三维基因组的组装规律

几乎所有高等动物都是二倍体，即生物拥有分别来自父本和母本的两套基因组。人类的二倍体基因组一般以形态、结构基本相同的同源染色体呈现。因为同源染色体序列高度相似，常见研究一般不区分同源染色体的父本和母本。这样研究得到的结果是这两套基因组的均值，忽略了同源染色体间的差异。同时，没有同源染色体相互作用信息就无法构建真正的三维基因组，无法研究其对基因表达的影响。该研究利用远亲杂交产生后代携带大量杂合位点的优势来区分同源染色体的父本和母本。

该研究利用两个不同品系小鼠杂交获得杂交小鼠，构建杂交小鼠父本与母本的Hi-C、ChIP-seq、RNA-seq等组学数据。根据杂交小鼠的多态位点和小鼠品系特异基因型把杂交小鼠组学数据分成父本来源基因组和母本来源基因组，这样就可以在单倍型水平构建三维基因组和研究基因调控。分析表明，同源染色体具有高度相似的相互作用模式，这种相互作用模式的相似性与其等位基因的共表达水平高度相关。此外，同源染色体到细胞核中心的距离高度一致。杂交小鼠细胞核中单倍体的拓扑结构域（TAD）、染色质状态（A|B compartment）与其亲本来源保持高度一致。在杂合小鼠单倍体与亲本相比发生染色质状态转变的区域中，95%的区域杂交小鼠同源染色体的染色体状态变为一致，表明同源染色体的细胞质状态在杂交小鼠同样的细胞核微环境中变得相似。该研究对于理解细胞核中同源染色体结构及其对基因表达调控机制具有重要意义。

靳文菲课题组博士后韩志军为该文第一作者，南科大为论文第一署名单位。靳文菲和赵可吉为该文的共同通讯作者。南科大生物系讲席教授陈炜和东南大学教授林承棋参与了该工作。该研究得到国家重点研发计划和深圳市科技创新委员会资助。

论文链接：

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

供稿：生物系

文字、图片：靳文菲

通讯员：付文卿

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