【三维基因组】水稻三维结构-文献小读

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籼稻占全世界水稻产量的70%，并且更加具有遗传多样性。籼稻品种珍汕97（ZS97）和明恢63（MH63）是籼稻的两个主要品种，两种优质籼稻品种珍汕97（Zhenshan 97）和明恢63（Minghui 63）的参考基因组之间有着广泛的序列差异。

今天我们就来看一下华中农业大学李国亮老师关于这两种水稻的研究。

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文章关于水稻的三维结构本文主要探索了以下几大核心问题：
1.水稻的整体三维结构特征是怎样的？
2.三维结构和表达有什么样的关系？
3.籼稻珍山97和明恢63 序列，修饰以及结构又有着什么样的差异？

首先看第一大问题：

水稻的整体三维结构特征是怎样的？

本研究利用改进的Long-read ChIA-PET技术，构建了RNA聚合酶II (RNAPII)、组蛋白修饰H3K4me3介导的水稻活跃基因的染色质交互图谱以及组蛋白修饰H3K9me2介导的异染色质交互图谱，并进一步系统地分析了三种交互的基本特征。

Fig. 1 ChIA-PET data for high-resolution 3D genome mapping in rice MH63.

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研究发现：
1.AB层面 A compartment 占整个基因组65%
2.Small B compartment有着明显的抑制性组蛋白修饰。

其次是结构和表达有什么关系？

首先我们看一下整体结构和表达的信息。可以观测到H3K4me3的loop有种共表达的趋势（如下图）。

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首先作者调取了promoter-promoter的loop，查看两端基因表达情况。

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Histogram for co-expression analysis of H3K4me3 anchor gene pairs. The mean PCC of anchor gene pairs is much higher than that of both (A) randomly simulated gene pairs and (B) randomly selected H3K4me3-marked gene pairs which have the same physical distance with anchor gene pairs.

研究人员首先统计了loop anchor两端 Gene a 和 Gene b 的 fpkm的相关性（图g）。其次统计了gene 连接的loop数与基因表达的关系，发现，gene 调控或者被调控的次数越多，基因表达越高（图k）。

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异染色质区域三维结构特征？

关于异染色质区域的研究，作者主要研究了H3K9me2的loop组成的contact domain（HID）。发现HID区域基因密度相对较低，HID区域的基因表达也相对较低，富集转座子，loop span（长度）相对较长。

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研究人员提出水稻基因组在空间上可划分为几类具有不同转录活性的染色质交互模块（CID），共覆盖了大约82%的水稻线性基因组区域。
包括HID（H3K9me2介导的 contact domain），AID（H3K4me3介导的活跃的domain）TID（RNAPll 介导的contact domain）以及各个组蛋白或者转录因子有overlap的MID。（如下图）。

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并对这些�contact domain进行统计和空间定位，发现它们确实是分区的。

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并对各个domain内基因表达进行了研究。

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籼稻珍山97（ZS97）和明恢63（MH63）序列，修饰以及结构差异？

Genetic variants alter chromatin topology and transcription
由于两者序列差异大，为了进行比较，统一拿MH63的参考基因组进行比对。

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并对PAV（是否存在基因）以及各种结构变异进行了统计。发现差异peak出现的原因主要是PAV（如上图）。从而导致了loop层面的差异（如下图）。

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