三維染色質結構與基因組功能及進化的關系獲揭示

　　辣椒是世界上種植最廣泛的蔬菜之一，也是重要的調味料作物。近日，華南農業大學園藝學院辣椒課題組研究揭示了辣椒三維染色質結構與基因組功能及進化的關系。相關研究發表于Nature Communications。

　　我國辣椒生產和消費量居全球之首，種植面積超過3000萬畝，產量4000多萬噸，年逾700億產值，是我國創收最大的蔬菜作物。辣椒的種質資源豐富，性狀遺傳多樣，常規栽培種有5個，已報道的辣椒屬野生種有30個以上。其基因組龐大（超過3G），結構復雜，開展辣椒基因組學研究有利于其種質資源利用以及分子設計育種。

　　研究人員以自主培育的優良辣椒自交系59號(Capsicum annum)為材料，首次報道了辣椒高質量染色體級別的三代拼接參考基因組，并通過整合高分辨率Hi-C圖譜與表觀組、轉錄組以及遺傳變異數據，探索了其三維基因組結構的基本特征以及與基因組功能和進化的關系。

　　辣椒基因組雖然具有與哺乳動物類似拓撲結合域（Topologically associating domains，TADs），但其形成方式與功能并不完全一樣。它們的邊界是染色體重排的熱點區，該區域的序列高度保守，說明它們的結構完整性對基因組功能有益。研究證實了雖然染色質構象能夠廣泛預測轉錄上的量化差異，但其并不能直接解釋組織間基因差異表達。

　　綜上所述，辣椒染色質三維結構主要由轉錄工廠模型介導的異染色質折疊驅動，并且這種結構是有潛在功能性，可能普遍適應于其他大型植物基因組。

　　據介紹，截至目前，園藝學院辣椒課題組已經收集和創制了1500余份辣椒種質資源，在本項研究工作中獲得的高質量三代基因組組裝和三維基因組結構解析，為辣椒重要農藝性狀（辣椒素等）和雜種優勢形成機理的研究以及分子設計育種提供了重要的理論和數據支撐，對后續植物三維基因組的計算建模以及基因工程技術的發展也具有重要的參考價值。

　　園藝學院為該論文第一完成單位，園藝學院教授陳日遠課題組已畢業研究生廖毅（博士，現為美國加州大學爾灣分校崗位項目科學家）和園藝學院在讀碩士研究生王鈞濤（已被華南農業大學農學院錄取為博士研究生）為共同第一作者，園藝學院陳長明副教授、曹必好教授和加州大學爾灣分校J. J. Emerson副教授為共同通訊作者。園藝學院雷建軍教授和朱張生副教授對論文相關實驗和材料給予了指導和支持。

　　該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和廣東省自然科學基金等項目的資助，也得到了加州大學爾灣分校教授Brandon S. Gaut、中國科學院動物研究所研究員陳金鋒、中國農業科學院深圳基因組所研究員周永鋒、瑞士洛桑大學計算機學院劉遠龍博士、加州大學伯克利分校汪鴻儒博士、約翰斯·霍普金斯大學歐樹俊博士和湖南農業大學研究員劉峰的學術支持。