我校在水稻昼夜动态变化的三维基因组←结构影响节律基因转录的研究中取得新进展
南湖新闻网讯(通讯员 邓利)近日,我校作物遗传改良国家重点实验室李兴旺教授课题组研究成果以“Diurnal RNAPII-tethered chromatin interactions are associated with rhythmic gene expression in rice”为题在Genome Biology发表。研究绘制了水稻♀昼夜动态变化的高分辨率三维基因组图谱,系统阐释了昼夜动态变化的三维基因组结构对节律基因转录调控的影响。
课题组前期系◆统地解析了水稻等模式植物不同组织的线性表观基因组和三维基因组结构这些相对“静态”的核内染色质组织形式。事实上,真核生物的三维基因组结构随时序(如昼夜节律 、 发∮育阶段等)发生动态变化,影响基因表达的种类和强度。因此,需要选择一个理想的系统,来研究三维基因组结构动态变化」规律及其功能。地球自转产生的昼夜更替引起了光照和温度等环境的周期性变化,高等生物也演化出了与之相适应的内源性昼夜节律←生物钟。生物钟产生以大约24 小时为周期的振荡变化,参与调控水稻中超过1/3活跃表⊙达的基因,是生长发育、新陈代谢和激素信号传导等生命活动过程中重要的内源性基因表达调控系统。因此,水稻的节律钟生物学不仅本身是@一个重要的研究领域,同时也是研〒究三维基因组结构动态变化与基因表达调控的理想模型。
ChIA–PET analysis defines the RNAPII interactome in rice during a circadian cycle
RNA聚合酶II(RNAPII)是真核生物基因转录的核心亚基,关键转录元件。在本◣研究中@ ,首先绘制了RNAPII在一天中不同时间点的顺反组图谱,显示35%的RNAPII占位在一天中呈现节律∴变化,再结合节律转◣录组数据,发现RNAPII信号水平与节律基因的表达水◆平呈现显著正相关性,且RNAPII招募过程比mRNA积累提前2小时。随后,利用改进的Long-read ChIA-PET技术,构建了RNAPII介导的昼夜染色↘质交互图谱,系统分析了在不同的三维结构尺度下对节律基因转录的影响。
研究结果显示,在染色质◤环水平,RNAPII在早晚分别介导了20,667和21,001个染色▲质远程互作,其中32,697(91%)个远程交互是早晚特异的。且一天中相同或邻近相位的节律基因倾向■于在空间上聚集在一起,进行▃协同表达。从同一个基因位点发出的染色质环形成染色质空间交互簇(CSC),研究发现节律表达基因倾向〗于富集在早上特异▲的CSC,而非节律基因倾向于富集在晚々上特异的CSC。昼夜染色质交互网络分析表明,核心节律钟基因在早上均分布在RNAPII介导的染色质连接网络中,而在晚上则是分散ξ 开来、零星散布在较小的染色质连接网络中,这表明核心节律钟基因在早上彼此空间上相互接近进行协同转录,而在晚上则『是位于离散的“转录工厂” 中。这些昼夜动态变化的水稻高分辨率三维基因组学研◇究和对节律基因的互作调控信息,有助于我们深入理解水稻不同空间尺度上DNA 顺式调控元件@之间相互作用的节律变化规律,进而︼阐明其调控基因节律表达和重要农艺性状的机理,为水稻遗传改良和其他经济作物的研◥究提供重要的指导意义和科学价值。
华中农业大学博士后邓利和博士研〓究生高白白为@ 论文共同第一作者。生命科学技术学院李兴旺教授为通讯作者,信息学院李国亮教授参与了课题指导。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学◢基金,中国博士后科学基金、中央高校基本科研专项资金以及作物遗传改良国家重点实验室自主课题等项目和基因组研究╱与水稻遗传改良创新团队的支持。
审核人:李兴旺
【英文摘要】
Background: The daily cycling of plant physiological processes is speculated to arise from the coordinated rhythms of gene expression. However, the dynamics of diurnal 3D genome architecture and their potential functions underlying rhythmic gene expression remain unclear.
Results: Here, we reveal the genome-wide rhythmic occupancy of RNA polymerase II (RNAPII), which precedes mRNA accumulation by approximately 2 h. Rhythmic RNAPII binding dynamically correlates with RNAPII-mediated chromatin architecture remodeling at the genomic level of chromatin interactions, spatial clusters, and chromatin connectivity maps, which are associated with the circadian rhythm of gene expression. Rhythmically expressed genes within the same peak phases of expression are preferentially tethered by RNAPII for coordinated transcription. RNAPII-associated chromatin spatial clusters (CSCs) show high plasticity during the circadian cycle, and rhythmically expressed genes in the morning phase and non-rhythmically expressed genes in the evening phase tend to be enriched in RNAPII-associated CSCs to orchestrate expression. Core circadian clock genes are associated with RNAPII-mediated highly connected chromatin connectivity networks in the morning in contrast to the scattered, sporadic spatial chromatin connectivity in the evening; this indicates that they are transcribed within physical proximity to each other during the AM circadian window and are located in discrete “transcriptional factory” foci in the evening, linking chromatin architecture to coordinated transcription outputs.
Conclusion: Our findings uncover fundamental diurnal genome folding principles in plants and reveal a distinct higher-order chromosome organization that is crucial for coordinating diurnal dynamics of transcriptional regulation.
论文链接:https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02594-7
未经允许不得↘转载:二九年华Ψ大学门户 » 我校在水稻昼夜动态变化的三维基因组结构影响节律基因〇转录的研究中取得新进展
相关推荐
- 学校举行辅导员队伍能力提升研∏修班
- 校学生会、研究生会致▃全体老师的一封信
- 植物营养、作物生产与食品安全国际研讨会举行
- 李志鹏做客分子生物学前沿论坛
- 黄媛媛老师研究报告入选联合国UNESCAP在线智库
- 我校研究团队在调控番茄株型和↙产量作用机制上取得进展
- 抢鲜看:狮山静待新华农人
- 我校营养与健康研究院创建工作取得新进展
- 李姗教授与新生畅聊科学与♀健康
- 生物学示范中心举行2020年度教指委工作会ξ 议
- 高翅:共青团工作要把握时代方位引领时代青年
- 我校揭示叶绿素合成调控的新机制
- 94名教师走进智慧教『室研习雨课堂
- 投资初体验
- 发展规划与审计党支部开展法治宣传专题党课
- 记者↓帮你问:线上期末考核如何进行
- 我校在生菜结球性研究中取得新进展
- 博物馆:以“自然藏珍,文明馈赠”特展迎接新生
- 生长的红岩——大型文学艺术与情境式文献展《红岩》的幕①后故事
- 校领导班子召开2022年第1次工作↙调度会
新闻公告
- 我校获得4项农业专业№学位研究生实践教学成果奖 01-06
- 生科院:“红色导师”引领学子追光逐梦 01-06
- 我校5项课题获全国农业教指委研究课题立项 01-05
- 学校举办第二届∏教师教学创新大赛 01-05
- 校领导班子召开2022年第1次工作调度会 01-05
- “金种子”课程:播种希望 畅游于知识海洋 01-04
- 我校3人入选2021年度“洪山好人” 01-04
高考招生
- 2017年华中农业大学普通本科▲招生章程 08-05
- 2018年华中农业大学普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2015年【全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学普通本科招生章程(2016年) 08-05
- 华中农业大学2013年全日制普通本科∑ 招生章程 08-05
- 华中农业大学2014年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2012年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2008年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2009年全日制普通本科招生章程 08-05
- 华中农业大学2007年全日制普通本科招生章程 08-05