Genome Research：利用多组学揭示二倍体基因组三维结构

来源：BioArt

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。我们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。

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在Genome Research杂志上发表文章Diploid genome architecture revealed by multi-omic data of hybrid mice，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，通过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，极大的增加了我们对基因组三维结构及其对基因调控的认识。

该研究利用两个不同品系小鼠杂交获得杂交小鼠，然后构建杂交小鼠， 其父本与其母本的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。

南方科技大学生物系副教授靳文菲课题组韩志军博士为该文第一作者，南科大为论文第一署名单位。靳文菲副教授和NIH赵可吉研究员为该文的共同通讯作者。南科大生物系陈炜教授和东南大学林承棋教授参与了该工作。