С точки зрения новостей, организация ДНК в хроматин в ядре имеет решающее значение для таких процессов, как транскрипция и репликация, влияющих на рост и развитие растения. Традиционная высокопроизводительная технология захвата конформационных хромосом (Hi-C) предоставила ценную информацию о 3D-структуре генома растений, но ее применение было ограничено высоким уровнем фонового шума, который скрывает более мелкие детали. Существует растущая потребность в более чувствительных и эффективных методах для изучения архитектуры хроматина и лучшего понимания того, как растения регулируют свои гены.

В новаторском исследовании (DOI: 10.1093/hr/uhae017), опубликованном 16 января 2024 г. в Исследования в области садоводства , исследователи из Государственной ключевой лаборатории биоселекции овощей Китайской академии сельскохозяйственных наук представили усовершенствованный подход Bridge Linker Hi-C (BL-Hi-C) для исследования 3D-хроматиновых ландшафтов Капуста рапа и Brassica oleracea (Brassica oleracea) . Этот технологический скачок обеспечивает более четкое и всеобъемлющее представление об организации пространственного генома и его влиянии на регуляцию генов.

В исследовании были достигнуты значительные успехи в понимании 3D-структур генома этих Брассика вид. Оптимизировав метод BL-Hi-C, команда преодолела проблему фонового шума, который обычно мешает традиционным методам Hi-C. Их новый подход повысил чувствительность и точность обнаружения взаимодействий хроматина, что позволило им построить детальную 3D-симуляцию генома. Исследование выявило отличительную конфигурацию Bouquet у обоих видов, где теломеры кластеризуются и центромеры расположены на периферии ядра, что дает жизненно важное представление о расположении хромосом.

Одним из ключевых открытий исследования является идентификация консервативных генных петель в генах FLC Арабидопсис (Arabidopsis) , В. рапа и В. oleracea . Эти петли имеют решающее значение для регуляции генов, но ранее их было трудно обнаружить из-за фонового шума в традиционных методах. Оптимизированная технология BL-Hi-C позволила исследователям идентифицировать эти генные петли с гораздо меньшей глубиной секвенирования, что сделало метод более эффективным и экономичным. Интересно, что в то время как генные петли синтенических генов FLC были консервативны между В. рапа и В. oleracea , вариации появились среди паралогичных FLC у одного и того же вида, что подчеркивает сложность регуляции генов у полиплоидных растений.

Исследование также дало принципиальное преимущество: возможность использовать всего 100 мг ткани листьев, что снижает потребность в больших образцах и снижает затраты. Этот прорыв делает BL-Hi-C универсальным и доступным инструментом для исследования 3D-структур генома у различных видов растений, в том числе с ограниченной доступностью образцов, таких как пыльца или кончики побегов. В целом, оптимизированный метод BL-Hi-C обеспечивает надежный, чувствительный подход к раскрытию сложной архитектуры хроматина и механизмов регуляции генов у растений.

Доктор Сяову Ван, ведущий исследователь проекта, подчеркнул преобразующий потенциал новой технологии: «Оптимизированная технология BL-Hi-C открывает новые двери для изучения сложной 3D-организации генома в растениях. Его высокая чувствительность и сниженный фоновый шум позволяют нам обнаруживать взаимодействия хроматина, которые ранее были необнаруживаемы, что дает важную информацию о регуляции генов».

Эта инновация имеет глубокие последствия для генетики и селекции растений. Картирование 3D-структуры генома и идентификация генных петель может помочь точно определить ключевые регуляторные элементы, потенциально ведущие к выращиванию культур с улучшенными характеристиками, такими как лучшая стрессоустойчивость и более высокая урожайность. Кроме того, возможность работы с меньшими выборками закладывает основу для крупномасштабных популяционных исследований, еще больше углубляя наше понимание динамики генома растений и прокладывая путь для будущих селекционных стратегий.

###

Ссылки

ДОЙ

10.1093/ч/uhae017

URL-адрес оригинального источника

https://doi.org/10.1093/hr/uhae017

Информация о финансировании

Эта работа финансировалась Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (2021YFF1000101) и Программой сельскохозяйственных исследований и технологических инноваций (ASTIP).

Около Исследования в области садоводства

Исследования в области садоводства является журналом открытого доступа Нанкинского сельскохозяйственного университета и занял первое место в категории «Садоводство» по версии Journal Citation Reports ™m Clarivate, 2022. Журнал стремится публиковать оригинальные научные статьи, обзоры, перспективы, комментарии, корреспонденцию и письма редактору, связанные со всеми основными садоводческими растениями и дисциплинами, включая биотехнологию, селекцию, клеточную и молекулярную биологию, эволюцию, генетику, межвидовые взаимодействия, физиологию, а также происхождение и одомашнивание сельскохозяйственных культур.