3D-картирование генома раскрывает механизмы регуляции фотосинтеза у растений

Китайские исследователи разработали технологию, которая проливает свет на то, как трёхмерная (3D) организация геномов растений влияет на экспрессию генов, особенно связанных с фотосинтезом.

Исследование под руководством профессора Сяо Цзюня из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук в сотрудничестве с BGI Research опубликовано в Science Advances.

Новый метод, названный Transposase-Accessible Chromosome Conformation Capture (TAC-C), позволяет целенаправленно захватывать взаимодействия в доступных (активных) областях хроматина. Он обеспечивает повышенное разрешение и эффективность при меньшей глубине секвенирования по сравнению с традиционными методами (Hi-C, ChIA-PET, HiChIP, OCEAN-C).

Ключевые результаты:

• С помощью TAC-C были построены высококачественные 3D-карты хроматиновых взаимодействий для четырёх основных сельскохозяйственных культур.
• Области генома, выступающие в роли "якорных" хабов взаимодействий, связаны с более высокой экспрессией генов и сниженной вариацией последовательностей. Они обогащены локусами количественных признаков (QTL) и экспрессионными QTL (eQTL), что подтверждает их роль в регуляции.
• В гексаплоидной пшенице обнаружены асимметричные хроматиновые взаимодействия между субгеномами A, B и D, вызванные вставками транспозонов и вариациями последовательностей в якорных областях. Эта асимметрия привела к смещённой экспрессии гомеологичных генов.
• В отличие от животных, где петли хроматина формируются комплексом CTCF/cohesin, в растениях в якорных областях взаимодействий сконцентрированы сайты связывания для семейств транскрипционных факторов (TF) SBP, MYB, Dof, ERF и GATA.
• Петли хроматина, обогащённые мотивами связывания SBP-факторов, демонстрировали более сильные взаимодействия и располагались в функционально активных регионах.
• У мутантов, лишённых SBP-факторов TaSPL7 и TaSPL15, наблюдалась потеря хроматиновых петель, связанных с несколькими генами, участвующими в фотосинтезе (TaCKX11-B, TaSGR-5D, TaNRR-A1, TaTK-2D). Это привело к изменению экспрессии генов и повлияло на развитие листьев и эффективность фотосинтеза.

Вывод: Исследование наглядно показывает, как растительные транскрипционные факторы (в частности, SBP) регулируют гены, связанные с фотосинтезом, через 3D-организацию генома. Технология TAC-C открывает путь к более глубокому пониманию дальней генетической регуляции у растений и может направлять будущие усилия по улучшению сельскохозяйственных культур.