華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在Nature Communications上發(fā)表研究論文揭示（辣椒）三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因組功能及進(jìn)化的關(guān)系

　　辣椒是世界上種植最廣泛的蔬菜之一，也是重要的調(diào)味料作物。我國(guó)辣椒生產(chǎn)和消費(fèi)量居全球之首，種植面積超過(guò)3000萬(wàn)畝，產(chǎn)量4000多萬(wàn)噸，辣椒及其相關(guān)制品年產(chǎn)值近900億，是我國(guó)創(chuàng)收最大的蔬菜作物。辣椒的種質(zhì)資源豐富，性狀遺傳多樣，常規(guī)栽培種有5個(gè)，已報(bào)道的辣椒屬野生種有30個(gè)以上。其基因組龐大（超過(guò)3G），結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)展辣椒基因組學(xué)研究有利于其種質(zhì)資源利用以及分子設(shè)計(jì)育種。

 

　　6月16日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院在著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》（5年影響因子15.8，中科院一區(qū)，TOP期刊）上發(fā)表題為“The 3D architecture of the pepper genome and its relationship to function and evolution” 的研究論文（論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31112-x）。該論文以我校辣椒課題組培育的優(yōu)良辣椒自交系59號(hào)為材料，首次報(bào)道了辣椒高質(zhì)量染色體級(jí)別的三代拼接參考基因組，并通過(guò)整合高分辨率Hi-C圖譜與表觀組、轉(zhuǎn)錄組以及遺傳變異數(shù)據(jù)，探索了其三維基因組結(jié)構(gòu)的基本特征以及與基因組功能和進(jìn)化的關(guān)系。辣椒基因組雖然具有與哺乳動(dòng)物類似拓?fù)浣Y(jié)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(diǎn)區(qū)，該區(qū)域的序列高度保守，說(shuō)明它們的結(jié)構(gòu)完整性對(duì)基因組功能有益。我們也證實(shí)了雖然染色質(zhì)構(gòu)象能夠廣泛預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)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(dá)。綜上所述，辣椒染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)錄工廠模型介導(dǎo)的異染色質(zhì)折疊驅(qū)動(dòng)，并且這種結(jié)構(gòu)是有潛在功能性，可能普遍適應(yīng)于其他大型植物基因組。

 

　　目前園藝學(xué)院辣椒課題組已經(jīng)收集和創(chuàng)制了1500余份辣椒種質(zhì)資源，本論文獲得的高質(zhì)量三代基因組組裝和三維基因組結(jié)構(gòu)解析，為辣椒重要農(nóng)藝性狀（辣椒素等）和雜種優(yōu)勢(shì)形成機(jī)理的研究以及分子設(shè)計(jì)育種提供了重要的理論和數(shù)據(jù)支撐，對(duì)后續(xù)植物三維基因組的計(jì)算建模以及基因工程技術(shù)的發(fā)展也具有重要的參考價(jià)值。

 

　　我校園藝學(xué)院為本論文第一完成單位（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），園藝學(xué)院陳日遠(yuǎn)教授課題組已畢業(yè)研究生廖毅（博士，現(xiàn)美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校崗位項(xiàng)目科學(xué)家）和園藝學(xué)院在讀碩士研究生王鈞濤（已經(jīng)被我校農(nóng)學(xué)院錄取為博士研究生）為論文共同第一作者， 園藝學(xué)院陳長(zhǎng)明副教授、曹必好教授和加州大學(xué)爾灣分校J. J. Emerson副教授為該論文共同通訊作者。園藝學(xué)院雷建軍教授和朱張生副教授對(duì)論文相關(guān)實(shí)驗(yàn)和材料給予了指導(dǎo)和支持。本研究也得到了國(guó)際知名植物基因組進(jìn)化遺傳學(xué)家加州大學(xué)爾灣分校Brandon S. Gaut教授、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所陳金鋒研究員、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳基因組所周永鋒研究員、瑞士洛桑大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院劉遠(yuǎn)龍博士、加州大學(xué)伯克利分校汪鴻儒博士、約翰斯·霍普金斯大學(xué)歐樹(shù)俊博士和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉峰研究員的學(xué)術(shù)支持。

 

　　該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。