泛三維基因組是以Hi-C技術(shù)為核心锄禽，結(jié)合基因組及表觀功能組學(xué)研究技術(shù)，對細(xì)胞核內(nèi)的三維空間結(jié)構(gòu)與基因功能和結(jié)構(gòu)變異間的關(guān)系進(jìn)行研究, 了解物種或疾病遠(yuǎn)距離互作和結(jié)構(gòu)變異形成的空間基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制磁滚，實現(xiàn)對物種基因組的遺傳機(jī)制和生物功能的深入挖掘。
植物泛三維研究意義
Hi-C技術(shù)已作為基因組染色體掛載的常規(guī)手段，用于輔助植物基因組組裝陨仅。同時，Hi-C技術(shù)廣泛應(yīng)用于研究Mb或者亞Mb尺度的染色體的三維空間結(jié)構(gòu)灼伤，探討植物三維基因組結(jié)構(gòu)對其功能和基因組遺傳進(jìn)化的影響咪鲜。
模式植物擬南芥僅存在較少的TAD，而大多數(shù)植物都具有TAD結(jié)構(gòu)且高度多樣化疟丙，大小從幾kb到幾百kb不等。CTCF作為動物研究中調(diào)節(jié)TAD形成的關(guān)鍵因子享郊，在植物基因組卻不編碼，使得破譯植物TAD的形成成為了植物三維基因組學(xué)研究的新熱點拂蝎。
植物泛三維研究思路
根據(jù)不同研究目的，樣本選擇上可以是不同種屬間進(jìn)行研究，也可以選擇同一物種中不同發(fā)育時期或不同組織間進(jìn)行研究玄货。根據(jù)空間互作距離由遠(yuǎn)及近，核染色質(zhì)結(jié)構(gòu)層級可分為染色質(zhì)區(qū)室A/B Compartment松捉，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)域TAD與染色質(zhì)環(huán)loops。通過Hi-C技術(shù)互作圖譜的構(gòu)建隘世，再結(jié)合基因組或重測序、轉(zhuǎn)錄組丙者、表觀組等組學(xué)技術(shù)，研究不同結(jié)構(gòu)層級與結(jié)構(gòu)變異械媒、基因功能和基因組元件間的互作機(jī)制。
植物泛三維經(jīng)典文章
Genomic innovation and regulatory rewiring during evolution of the cotton genus Gossypium[3]
棉屬植物演化過程中的基因組創(chuàng)新和調(diào)控重整
通過構(gòu)建不同棉種的泛三維基因組（Hi-C痢虹、ATAC-seq、RNA-Seq與泛基因組結(jié)合）奖唯，研究棉屬轉(zhuǎn)座子驅(qū)動的基因組大小與三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和互作重整之間的關(guān)系。兩個物種間的相對基因組大小與保守TADs比率呈負(fù)相關(guān)（P = 0.0075）臭埋。與A2基因組的TADs相比，基因組較大或較小分別具有較多的neo-TAD（新TAD的形成）或TAD融合事件，這與基因組之間的大量SVs一致（圖2e）畅蹂。同時，這些事件中涉及的基因比保守邊界上的基因更易發(fā)生差異表達(dá)（圖2f）液斜。根據(jù)SVs在TAD內(nèi)部或邊界的位置關(guān)系，將TAD分為了六類少漆，并得到了基因組插入和缺失分別在TAD內(nèi)部和TAD邊界的比例，以及與neo-TAD和TAD融合事件的伴隨關(guān)系（圖2g-i）示损。
為了進(jìn)一步探索轉(zhuǎn)座子對TAD邊界的影響，根據(jù)染色質(zhì)狀態(tài)ATAC、基因數(shù)目GN與基因表達(dá)GE將TAD邊界分為了三類（圖3j）始鱼，相對保守的Type 3型物種特異性邊界的比例較高（圖3k）。與保守邊界相比医清，四類flLTR（即第1組）在物種特異性邊界中發(fā)生富集（圖3m），其誘導(dǎo)區(qū)域基因組大小的增加高于整體基因組擴(kuò)展的預(yù)期（圖3n）会烙。
比較不同棉種的染色質(zhì)互作loops，隨著物種保守度的增加柏腻，基因與基因之間的染色質(zhì)互作（G-G loops）的比例增加（圖4a），轉(zhuǎn)座子在錨定位點上的覆蓋率降低（圖4b）葫盼。兩個實例證明了直系同源基因之間距離的變化常伴隨著loops變化和基因的差異表達(dá)（圖4c）。
與物種特異性CREs（順式調(diào)控元件）相比贫导，保守和可變CREs傾向于調(diào)節(jié)更多高表達(dá)水平的基因，涉及的loops距離更遠(yuǎn)（圖4d-f）孩灯。物種特異性CREs與轉(zhuǎn)座子重疊的比例（圖4g），以及物種特異性CREs與PAVs重疊的比例（圖4h）峰档，均高于保守和可變CREs的，暗示了轉(zhuǎn)座子擴(kuò)增和PAVs在CREs演化中的作用讥巡。
參考文獻(xiàn)
[1] Bienko M. How Hi-C ignited the era of 3D genome biology. Nat Rev Genet. 2023 Jul;24(7):418.[2] Domb K, Wang N, Hummel G, et al. Spatial Features and Functional Implications of Plant 3D Genome Organization. Annu Rev Plant Biol. 2022 May 20;73:173-200.[3] Wang M, Li J, Qi Z, et al. Genomic innovation and regulatory rewiring during evolution of the cotton genus Gossypium. Nat Genet. 2022 Dec;54(12):1959-1971.
