雜種優(yōu)勢(shì)是植物和動(dòng)物界普遍存在的一種生物現(xiàn)象，即雜交F1代的性狀表現(xiàn)出超越親本的水平。植物雜種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象背后的機(jī)制，涉及到一系列生物體內(nèi)的調(diào)控過程。隨著三維基因組學(xué)的發(fā)展，越來越多的研究表明，在植物中三維基因組結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化與染色質(zhì)可及性、組蛋白修飾和基因轉(zhuǎn)錄有關(guān)。染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)控對(duì)于植物雜種優(yōu)勢(shì)的影響和調(diào)控方式仍不清楚。
JIPB近日在線發(fā)表了北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院和北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院鄧興旺團(tuán)隊(duì)和何航團(tuán)隊(duì)的題為“Increased long-distance and homo-trans interactions related to H3K27me3 in Arabidopsis hybrids”的研究論文（論文鏈接：http://doi.org/10.1111/jipb.13620）。
在本研究中，研究者通過構(gòu)建擬南芥野生型和 clf 突變體的雜交組合，包括 Col×C24 及其反交 C24×Col 的 F1 代，結(jié)合 Hi-C、RNA-seq 和 H3K27me3的 ChIP-seq 數(shù)據(jù)，對(duì)父母本以及 F1 代進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，在野生型背景下，F1的三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與親本相比具有更多的遠(yuǎn)距離相互作用，這些相互作用主要位于啟動(dòng)子區(qū)，并富集在與已報(bào)道生物量雜種優(yōu)勢(shì)相關(guān)通路的基因上。此外，F1的常染色質(zhì)和異染色質(zhì)之間的相互作用增加，AB compartment之間強(qiáng)度降低。在CD（compartment domain）的邊界，F1的遠(yuǎn)距離相互作用高于親本。同時(shí)，F1的H3K27me3修飾水平顯著高于親本。在CURLY LEAF（clf）突變體中發(fā)現(xiàn)，clf-F1相比于野生型，其雜種優(yōu)勢(shì)程度出現(xiàn)明顯減弱，三維基因組結(jié)構(gòu)中的遠(yuǎn)距離相互作用減少，并且H3K27me3修飾水平在親子間沒有顯著差異。因此，H3K27me3修飾水平可能影響植物雜交種中三維基因組變化。
該論文鑒定了親本Col和C24之間的 802,498 個(gè) SNP，依次對(duì)雜交種三維基因組圖譜中的不同染色體之間相互作用進(jìn)行了分類，鑒定出來自兩個(gè)不同親本染色體的互作（homo-trans互作），并對(duì)這些homo-trans的互作進(jìn)行了互作能力和H3K27me3的分析，發(fā)現(xiàn)在具有雜種優(yōu)勢(shì)的野生型中，這些homo-trans互作的位點(diǎn)有更強(qiáng)的調(diào)控遠(yuǎn)端互作的能力，同時(shí)具有較高的H3K27me3的修飾水平。這些結(jié)果為雜交種染色體穩(wěn)定性保持和遠(yuǎn)距離互作相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控提供了新的見解。
雜交組合中三維基因組結(jié)構(gòu)變化的模式圖
北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后高照旭、現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士生蘇晏寧為論文共同第一作者；鄧興旺院士和何航研究員為共同通訊作者；北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士生常樂、王澤家，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生焦冠中，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后楊枚、藕洋、徐超、劉文文、和孫林華，以及北京大學(xué)已畢業(yè)博士生劉鵬濤、北京林業(yè)大學(xué)已畢業(yè)博士生祁澤文也同時(shí)參與了工作；北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院何光明副研究員為本研究做出了重要貢獻(xiàn)。研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長基金、中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目和北京大學(xué)博雅博士后項(xiàng)目的支持。