研究組早期系統化分析了稻子等方式綠色植物不一樣機構的線(xiàn)性表觀(guān)基因和三維基因組構造這種相對性“靜態(tài)數據”的核內染色質(zhì)組織結構。實(shí)際上，真核生物的三維基因構造隨時(shí)隨地序（如晝夜節律 、 發(fā)育過(guò)程等）產(chǎn)生變化規律，危害基因的表達的品種和抗壓強度。因而，必須挑選一個(gè)滿(mǎn)意的系統軟件，來(lái)科學(xué)研究三維基因構造動(dòng)態(tài)性變化趨勢以及作用。地球的自轉造成的晝夜更替引起了陽(yáng)光照射和溫度等自然環(huán)境的規律性轉變，高生物體也演化成了與之相匹配的內源晝夜節律生理時(shí)鐘。生物鐘造成以大概24 鐘頭為周期時(shí)間的震蕩轉變，參加管控稻子中超出1/3活躍性表述的遺傳基因，是成長(cháng)發(fā)育、基礎代謝和生長(cháng)激素數據信號傳輸等生命活動(dòng)全過(guò)程中至關(guān)重要的內源基因表達調控系統軟件。因而，稻子的規律鐘分子生物學(xué)不但自身是一個(gè)關(guān)鍵的研究領(lǐng)域，與此同時(shí)也是科學(xué)研究三維基因構造變化規律與基因表達調控的理想化實(shí)體模型。

 

　　RNA聚合酶II（RNAPII）是真核生物基因轉錄的關(guān)鍵亞基，重要轉錄元器件。在本分析中，最先制作了RNAPII在一天中不一樣時(shí)間點(diǎn)的順?lè )唇M圖普，表明35%的RNAPII團塊在一天中展現規律轉變，再融合規律轉錄組數據信息，發(fā)覺(jué)RNAPII數據信號水準與規律基因的表達水準展現明顯正關(guān)聯(lián)性，且RNAPII征募全過(guò)程比mRNA累積提早2鐘頭。接著(zhù)，運用優(yōu)化的Long-read ChIA-PET技術(shù)性，搭建了RNAPII受體的白天黑夜染色質(zhì)互動(dòng)圖普，結構化分析了在不一樣的三維構造限度下對規律基因轉錄的危害。

　　科學(xué)研究數據顯示，在染色質(zhì)環(huán)水準，RNAPII在遲早各自受體了20,667和21,001個(gè)染色質(zhì)遠程控制互作，在其中32,697（91%）個(gè)遠程控制互動(dòng)是遲早特異性的。且一天中一樣或相鄰相位差的規律遺傳基因趨向于在區域上集聚在一起，開(kāi)展協(xié)作表述。從同一個(gè)遺傳基因結構域傳出的染色質(zhì)環(huán)產(chǎn)生染色質(zhì)室內空間互動(dòng)簇（CSC），研究發(fā)現規律表述遺傳基因趨向于聚集在早上特異性的CSC，而不是規律遺傳基因趨向于聚集在晚上特異性的CSC。白天黑夜染色質(zhì)互動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)分析表明，關(guān)鍵規律鐘遺傳基因在早上均遍布在RNAPII受體的染色質(zhì)網(wǎng)絡(luò )連接中，而在晚上則是分散開(kāi)來(lái)、零星散播在較小的染色質(zhì)網(wǎng)絡(luò )連接中，這表明關(guān)鍵規律鐘遺傳基因在早上彼此之間室內空間上互相貼近開(kāi)展協(xié)作轉錄，而在晚上則是坐落于離散變量的“轉錄加工廠(chǎng)” 中。這種白天黑夜變化規律的稻子高像素三維分子生物學(xué)分析和對規律遺傳基因的互作管控信息內容，有利于大家深層次了解稻子不一樣室內空間限度上DNA 順式管控元器件中間相互影響的規律變化趨勢，從而表明其管控遺傳基因規律表述和關(guān)鍵農業(yè)特性的原理，為稻子基因遺傳改進(jìn)和別的農作物的分析給予主要的現實(shí)意義和科學(xué)合理使用價(jià)值。

　　華中農業(yè)大學(xué)博士研究生鄧利和博士生高白白的為畢業(yè)論文一同第一作者。性命科技進(jìn)步學(xué)校李興旺專(zhuān)家教授為通訊作者，信息學(xué)院李國亮教授參加了課題研究具體指導?？茖W(xué)研究獲得了我國關(guān)鍵科研開(kāi)發(fā)方案、自然科學(xué)基金，中國博士后科學(xué)基金、中間高等院?；旧峡茖W(xué)研究項目資金及其農作物基因遺傳改進(jìn)我國重點(diǎn)實(shí)驗室獨立課題研究等新項目和基因組研究與稻子基因遺傳改進(jìn)自主創(chuàng )新精英團隊的適用。

　　審批人：李興旺

　　【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.

　　畢業(yè)論文連接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02594-7