Hi-C技术是高通量染色体构象捕获技术（High-throughput chromosome conformation capture）。利用高通量测序技术，结合生物信息学分析方法，研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系，构建染色体跨度单体型，同时捕获不同基因座位上之间的空间交互信息，获得高分辨率的染色质三维结构信息，并能开发调控基因的DNA元件。
Hi-C技术到底能做什么？下面我们来结合文献看看Hi－C技术主要有哪些方面的应用~
第一部分 技术应用
1. 应用Hi-C技术构建染色体跨度单体型
基于Hi-C技术，将高通量测序与生物信息学技术结合起来，根据染色体边界的存在构建出了染色体跨度水平的单体型（Haplotype)，与传统的单体型构建相比，利用Hi-C技术构建染色体跨度的单体型图谱，跨度更长，完整性更高。
2. 基于Hi-C技术进行TAD分析
TAD（topologically associating domains）是拓扑关联域，一般指具有“特殊生物学功能”的相互作用“方块”，一般区域内部的互作频率显著高于毗邻的两个区域的互作频率，是基因组在空间结构中基本的组织形式，在不同的细胞类型间和物种间存在较高的保守性。
3. 基于Hi-C技术进行三维结构重构
基于染色体全部的互作信息，利用一定的数学模型，将二维的染色体互作信息转化成三维空间结构的物理坐标，构建全基因组的三维空间结构，基因组范围内的三维空间结构反映染色体间的互作情况。
4. 应用Hi-C技术开发调控元件
运用Hi-C技术的测序数据进行分析，发现CTCF在不同物种中既结合保守DNA序列，又因物种差异存在特异的DNA结合序列。而在不同物种中，由于其结合DNA序列不同，可能导致内部结构域发生结构变化，造成功能的差异，进而揭示了一系列局部结构的变化造成了生物的进化。
5.Hi-C技术揭示细胞不同时期染色体构型变化
在对正常细胞和衰老细胞进行分别测序，在进行质控和TAD分析后发现，在衰老细胞中，TAD的内部互作减少，TAD间的互作加强（图5），研究者同时利用FISH实验验证了这一点，这表明，局部互作（TAD内部）强度的改变会改变衰老细胞的染色体构型。
6. Hi-C技术之植物Hi-C
通过Hi-C技术，研究者绘制了植物拟南芥精细的基因组三维结构Hi-C图谱。研究发现拟南芥的局部染色质包装不同于动物中所观察到的模式：大部分Kb级大小的片段中，染色质区域内部互作的比例比与邻近区域互作的比例高，这是拟南芥基因组构象中主要的局部结构特征。
参考文献：
- Selvaraj S, R Dixon J, Bansal V, et al. Whole-genome haplotype reconstruction using proximity-ligation and shotgun sequencing. Nat Biotechnol. 2013, 31(12): 1111-8.
- Dixon JR, Selvaraj S, Yue F, et al. Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions. Nature. 2012, 485: 376-380.
- Trieu T, Cheng J. Large-scale reconstruction of 3D structures of human chromosomes from chromosomal contact data. Nucleic Acids Research. 2014, 42(7): e52-e52.
- Rudan MV, Barrington C, Henderson S, et al. Comparative Hi-C reveals that CTCF underlies evolution of chromosomal domain architecture. Cell Rep. 2015, 10(8): 1297-1309.
- Chandra T, Ewels PA, Schoenfelder S, et al. Global reorganization of the nuclear landscape in senescent cells. Cell Rep. 2015, 10(4): 471-83.
- Wang C, Liu C, Roqueiro D, et al. Genome-wide analysis of local chromatin packing in Arabidopsis thaliana. Genome Res. 2015, 25(2): 246-56.
第二部分 Hi-C 多组学最新高分文献解析
1. Hi-C 多组学探究北京鸭重要经济性状遗传机制
文章：Zhou Z, Li M, Cheng H, et al. An intercross population study reveals genes associated with body size and plumage color in ducks[J]. Nature Communication, 2018, 9: 2648.
样本选取：
40只绿头野鸭、30只北京鸭、1026只杂交二代个体
研究策略：
Hi-C+RNA-seq+WGS
研究结果：
通过重测序以及变异检测鉴定出 12.7 million SNPs 和 0.83 million InDel。
MITF 基因与北京鸭的羽毛颜色相关，该基因的突变会导致色素减少和各种缺陷。
根据 Hi-C 数据对 chr28 末端区域进行了互作热图进一步验证了基因组组装效果良好。
2. Hi-C 技术探究斑马鱼胚胎发育过程中的基因组三维结构特征及其动态变化
文章： Kaaij L, Van R D W, Ketting R F, et al. Systemic Loss and Gain of Chromatin Architecture throughout Zebrafish Development.[J]. Cell Reports, 2018:1-10.
样本选取：
斑马鱼胚胎
研究策略：
Hi-C+RNA-seq+ChIP-seq
研究结果：
斑马鱼胚胎基因组的三维高级结构，指出其也存在 compartment A/B、TAD 结构。
斑马鱼胚胎发育过程中 TAD 的形成不依赖于转录起始。
在斑马鱼胚胎发育过程中，超级增强子的互作关系不依赖于 compartment 和 TAD 高级结构的建立。
- 脂肪生成和肌生成过程中全基因组染色质结构的变化
为了研究脂肪形成和肌细胞生成过程中三维（3D）染色质结构及其介导的基因表达的变化，本文全面绘制了四种细胞类型的 3D 染色质组织。证明了动态空间基因组结构影响细胞分化过程中的基因表达，结果提供了脂肪生成和肌生成过程中动态染色质相互作用的全局视图。
研究思路：
建立四种类型的细胞，通过 Hi-C+RNA-seq 研究分析不同类型细胞中染色体互作、 TADs 区域与 compartment A/B、鉴定差异染色质互作、推断启动子-增强子互作、量化差异表达基因。
研究结果：
在不同的细胞类型中，核内染色体具有类似的非随机定位的特性，揭示了染色体在小鼠细胞核中非随机分布。
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顺式作用在脂肪生成和肌细胞生成期间显著增加，在分化后具有更高的作用
四种细胞类型中染色体内相互作用的可重复“格子”模式 表观遗传染色质状态介导的区室激活可能通过上调促分化基因而促进细胞分化。
TAD 在细胞分化期间是动态的，可以形成具有强域内相互作用和显著上调基因表达的单独 TAD
- 差异启动子相互作用可以促进差异基因表达，通过激活促分化基因的表达，增加这些启动子的局部相互作用可能有助于脂肪生成和肌肉生成。
第三部分 Hi-C技术助力北京烤鸭问鼎Nature子刊
西北农林动科学院 / 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，在北京鸭重要经济性状遗传机制解析上取得关键进展，综合WGS、RNA-seq、Hi-C等技术，成功解析定位出北京鸭体型与羽色相关的主效基因。相关研究成果 An intercross population study reveals genes associated with body size and plumage color in ducks 于7月17日在自然子刊《Nature Communications》在线发表，并被列为该期刊当期亮点推荐论文。研究结果为系统解析动植物品种改良机制提供了经典范例，并为畜禽分子育种提供了理论基础。值得一提的是，首个鸭子三维基因组的研究被同时报道。
研究背景
北京鸭是世界著名家禽品种，其羽毛洁白，生长速度快，42天即可出栏上市，成年个体体态健硕，体重约3.5千克，相比野鸭或地方品种大2到3倍。凭借其杰出的生产性能，成为全球肉鸭行业的主导品种，更是驰名中外的北京烤鸭的原料。
然而，每当口感俱佳，身心沉醉之时，你有没有想过，这些历经百年选育的优良品种，在羽色、生长速度快等优良性状上，相关基因发生了怎样的变化？研究者发现，杂交后代群体羽色分化由单个基因决定，由于一个6.6 kb的大片段序列插入到MITF基因中，导致其负责黑色素合成的转录本被完全抑制表达，黑色素合成途径被关闭，从而形成了北京鸭洁白的羽毛。同时，由于远程增强子的一个自然突变，致使在胚胎期发挥促进生长作用的IGF2BP1基因在北京鸭出壳后仍持续表达，提高了对饲料利用效率从而体格变大。
研究对象：40只绿头野鸭、30只北京鸭、1026只杂交二代个体
合作单位：西北农林科技大学、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所
发表期刊：Nature Communications (IF=12.4)
发表时间：2018年7月
研究结论
1.基因组重测序和变异检测
作者构建了大规模绿头野鸭与北京鸭的杂交后代群体，对1026只杂交二代个体及其祖代亲本（40只绿头野鸭、30只北京鸭）进行全基因组重测序，鉴定了12.7 million SNPs和0.83 million InDel（≤6 bp)。
2.种群结构
PCA分析显示，绿头野鸭、北京鸭、代表性地方品种家鸭呈单独的集群，绿头野鸭和地方品种家鸭源于单一的驯化。在北京鸭和Gaoyou duck之间有一个轻微的基因流，而后者位于京杭大运河的南部，与北京有直接的关联。
3.MITF基因与羽毛颜色有关
转录因子MITF在黑色素形成中发挥重要作用，MITF突变导致色素减少和各种缺陷。分析发现北京鸭的MITF发生突变，为了确定MITF突变对北京鸭羽毛颜色的影响，对76个有色鸭和30个白色北京鸭进行GWAS分析，发现MITF是北京鸭白色羽毛的唯一候选基因。进一步分析发现一个6.6 kb的大片段序列插入到MITF基因中，导致其负责黑色素合成的转录本被完全抑制表达，黑色素合成途径被关闭，从而形成了北京鸭洁白的羽毛。
4.IGF2BP1增大体型
分析发现，位于chr28末端的IGF2BP1基因在北京鸭中持续表达，但在黑头野鸭中几乎没有表达，作者通过qPCR进一步验证了孵化后第一天和第2, 4, 8周IGF2BP1的表达水平。为了准确研究影响IGF2BP1表达的顺势调控位点，作者进行了重组分析，发现IGF2BP1表达水平（与体型大小有关）与~100 kb区域（chr28: 4,413,785-4,513,671）的变异有关，该区域位于IGF2BP1上游148 kb。为了避免基因组组装错误导致的远距离调控分析有误，作者通过Hi-C数据对chr28末端区域进行了互作热图验证，发现组装效果良好，没有明显大规模的片段倒置。
原文标题
Zhengkui Zhou , Ming Li , Hong Cheng, et al. An intercross population study reveals genes associated with body size and plumage colorin ducks. Nature communications. 2018. 9:2648