2024年9月26日    编辑：諾禾致源

隨著三代測序技術的發展意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，基因組組裝已經進入新時代熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网。T2T（Telomere-to-Telomere）基因組更是结合PacBio HiFi以及Hi-C等多种测序技术beat·365(中文)-唯一官方认证网站U8国际·[官方网]有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，完成了高准确性、高连续性和高完整性的基因組组装尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台。在这个T2T基因組频发的时代中bsports(中国区)B—sports体育登录入口杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台，部分动植物已经拥有了T2T级别的参考基因組尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，但对于昆虫类基因組来说杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台，其进展依然较为缓慢意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台U8国际·[官方网]有限公司官网。那么对于较难达成T2T基因組级别的昆虫类物种尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网，我们应该如何开展相关研究bsports(中国区)B—sports体育登录入口意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网？那么今天这篇文章给出了极好的答卷熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站bsports(中国区)B—sports体育登录入口U8国际·[官方网]有限公司官网。

西北工業大學/中國科学院昆明动物研究所王文教授團隊在国际著名期刊《Nature Communications》上在線發表了題爲“Evolutionary patterns and functional effects of 3D chromatin structures in butterflies with extensive genome rearrangements”的研究论文beat·365(中文)-唯一官方认证网站尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网，为我们提供了蝴蝶3D染色質結構研究前沿思路尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS。

研究對象：核型不同的四種蝴蝶（鳳蝶科）

測序策略：PacBio HiFi+Hi-C

研究結果：該研究獲得了核型不同的四種蝴蝶的染色體水平參考基因組意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，結合大規模的Hi-C数据意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSU8国际·[官方网]有限公司官网，详细研究了昆虫中3D染色質結構的演化模式熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台，伴随着在Compartment、TAD、subTAD和染色质环水平的密集基因組重排beat·365(中文)-唯一官方认证网站熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台。諾禾致源提供了PacBio HiFi建庫測序以及所有樣本的Hi-C測序服务杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台。

1.基因組構建

使用PacBio HiFi和Hi-C数据组装了四种蝴蝶的染色体级基因組熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台，其中P. bianor基因組30条染色体中的12条无缺口尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网bsports(中国区)B—sports体育登录入口beat·365(中文)-唯一官方认证网站，达到T2T水平熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台U8国际·[官方网]有限公司官网，此前报道中并无该类物种的T2T基因組U8国际·[官方网]有限公司官网。

该研究注释出这些基因組序列的37-60%的重复序列和每个基因組约15,000个蛋白质编码基因beat·365(中文)-唯一官方认证网站熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站。基于系统发育分析和分歧时间分析熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，这三个Graphium物種形成一個分支bsports(中国区)B—sports体育登录入口beat·365(中文)-唯一官方认证网站杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台，大約在6.66Mya與P. bianor分化熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台，三個Graphium物種的分化時間從8.1到27.2 Mya不等杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台。这些结果为识别基因組重排事件提供了系统发育背景beat·365(中文)-唯一官方认证网站意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台U8国际·[官方网]有限公司官网。

表1 4种蝴蝶基因組组装

2.染色體重排

通過與P. bianor基因組的全基因組比对beat·365(中文)-唯一官方认证网站意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSbsports(中国区)B—sports体育登录入口，分析了Graphium物種中發生的染色體重排事件熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS。結果顯示熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台，G. eurypylus和P. bianor之間幾乎沒有染色體重排意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，這與它們具有相同染色體數的事實一致意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台bsports(中国区)B—sports体育登录入口U8国际·[官方网]有限公司官网。相比之下熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台，三個Graphium物种的基因組共线性分析显示熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，其中有许多基因組重排熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站。尽管G. sarpedon和G. cloanthus經曆了大量的染色體間重排尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网bsports(中国区)B—sports体育登录入口，並且最近分化了（~8.1Mya）杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台U8国际·[官方网]有限公司官网意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，但它們只共享一個染色體融合位點熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台。這表明熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站U8国际·[官方网]有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，在這兩個物種之間的8.1Myr尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网U8国际·[官方网]有限公司官网熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站，大多數染色體間的融合是在物種形成後獨立進化的bsports(中国区)B—sports体育登录入口。

圖1 四种蝴蝶的基因組进化

3.3D基因組染色质结构

爲了研究蝴蝶的3D染色質結構beat·365(中文)-唯一官方认证网站，研究利用大规模Hi-C数据构建了四种蝴蝶的高分辨率的全基因組染色质相互作用圖谱bsports(中国区)B—sports体育登录入口意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，为4个蝴蝶分别生成了177~415 Gb Hi-C数据意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，并定位到相应的基因組上尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网bsports(中国区)B—sports体育登录入口U8国际·[官方网]有限公司官网，分别在Comparements、TAD、subTAD 和loop环的水平上探索3D染色質結構熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站。研究观察到青凤蝶的3D染色質結構长度（TAD为40kb）与之前对双翅目物种的研究（TAD为5kb）显著不同意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，这可能归因于四种蝴蝶物种的基因組大小较大意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网beat·365(中文)-唯一官方认证网站。

圖2 青凤蝶属3D基因組染色质结构

4.基因組重排对3D染色質結構的影响

先前的研究表明Compartment結構在進化過程中是相當保守的尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台。隨後意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSU8国际·[官方网]有限公司官网熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，研究通過分析G. sarpedon和G. cloanthus染色體間融合位點兩側基因的區室類型beat·365(中文)-唯一官方认证网站意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，並將其與G. eurypylus中相應同源基因的區室類型進行比較熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站U8国际·[官方网]有限公司官网，研究發現染色體間融合位點附近同源基因的區室類型保守性大致相當于（~90%）同源基因的区室类型在整个基因組中的总体保守水平尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网。这些结果表明尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站，Compartment状态几乎没有受到染色体间重排的影响bsports(中国区)B—sports体育登录入口熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台。研究同时比较了G. sarpedon和G. cloanthus的 TADs、subTADs 和染色体融合位点周围的loop环与G. eurypylus的相应区域beat·365(中文)-唯一官方认证网站意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS。结果发现熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站bsports(中国区)B—sports体育登录入口意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，G. sarpedon和G. cloanthus的染色體間重排位點（RS）均位于G. eurypylus的端粒或TAD邊界意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSbsports(中国区)B—sports体育登录入口，而G. eurypylus沒有觀察到跨越這些區域的染色質環熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站。這些發現表明意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台，染色體間融合幾乎不會破壞祖先染色體預先存在的3D染色質結構熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站beat·365(中文)-唯一官方认证网站。然而熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台U8国际·[官方网]有限公司官网，研究观察到在重排基因組中的一些染色体间RS上出现了TAD甚至subTADsbsports(中国区)B—sports体育登录入口。

圖3 基因組重排对3D染色質結構的影响

5.TE插入改变3D染色質結構

接下來杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台beat·365(中文)-唯一官方认证网站，研究分別在G. sarpedon和G. cloanthus中鑒定了66个和69个长程（>100 kb）染色体重排beat·365(中文)-唯一官方认证网站熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，观察到TE介导的三种青凤蝶基因組扩增之间存在显着相关性意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台beat·365(中文)-唯一官方认证网站，与P. bianor相比熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站，TADs和subTADs的平均长度和数量增加意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSbsports(中国区)B—sports体育登录入口尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网，以及TADs和subTADs的平均长度和数量增加杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网。因此U8国际·[官方网]有限公司官网，研究从两个方面比较了染色体内重排对3D染色質結構的影响：长程（>100 kb）染色体重排（包括倒置和易位）和TE插入熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSbeat·365(中文)-唯一官方认证网站。结果发现熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，大染色体内RSs周围区室的保守水平与全基因組的平均区室保守水平（~90%）相当bsports(中国区)B—sports体育登录入口熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台beat·365(中文)-唯一官方认证网站，与染色体间重排一致意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台。蝴蝶基因組中存在广泛的 TE 插入意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，研究探索了由TE插入引起的重排意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS。结果发现意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台bsports(中国区)B—sports体育登录入口意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，G. eurypylus、G. sarpedon和G. cloanthus中Compartments A内TADs 和subTADs长度变化的比例小于染色体大小的比例U8国际·[官方网]有限公司官网，表明它们在A区室中受到更强烈的约束意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTSU8国际·[官方网]有限公司官网。与此一致bsports(中国区)B—sports体育登录入口熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站，我们观察到A区间连续区域的 3D结构具有更高水平的一致性熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网。相比之下尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网，3种青凤蝶中“A到B”和“B到B”型转变中涉及的TADs和subTADs的长度变化比例均高于染色体大小的比例杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台。一个值得注意的例子是尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网，通过比较P. bianor 的3D染色質結構意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，研究发现TE插入介导的染色体重排在三种青凤蝶的B区室中形成了一个新的TAD熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站beat·365(中文)-唯一官方认证网站。有趣的是意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，一个重要的基因U8国际·[官方网]有限公司官网熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站，果聚糖果糖转移酶（lft）U8国际·[官方网]有限公司官网意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，它調節昆蟲翅膀的TOR信號熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台，位于這些轉換區室中意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台。因此熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站U8国际·[官方网]有限公司官网，區室轉變可能導致lft基因在三種青鳳蝶中表達更高（RNA-seq數據指示）U8国际·[官方网]有限公司官网。該案例表明U8国际·[官方网]有限公司官网，TE插入可以誘導區室轉換並改變TADs杏鑫平台|杏鑫娱乐-杏鑫登录-杏鑫官方平台意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台，從而調控基因表達熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网。

圖4 TE插入改变3D染色質結構

总的来说意昂4凯捷体育(中国)数字娱乐技术创新平台U8国际·[官方网]有限公司官网尼斯人app官网版下载·尼斯人app官网下载官方版-尼斯人官网，本研究构建了四种凤蝶属的高质量参考基因組熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，并生成了大规模的Hi-C数据熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站U8国际·[官方网]有限公司官网bsports(中国区)B—sports体育登录入口，结合ATAC-seq和RNA-seq多组学数据熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS，揭示了基因組重排引起的3D染色質結構改变进而影响基因表达调控意昂4凯捷·(中国区)体育官方网站-EON SPORTS熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站U8国际·[官方网]有限公司官网，证明了染色体重排引起的3D染色質結構改变在动物性状进化中起着重要作用熊猫体育-【中国区】Panda SPORTS 官方平台网站。这些发现强调了3D染色質結構在生物体进化中的重要性熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站，为未来的进化遗传学研究探索了新的方向熊猫体育【中文官方】网站 - 最全赛事直播平台熊猫体育「中国Panda」直播认证官方网站。

參考文獻：

[1] Zhou, B., Hu, P., Liu, G. et al. Evolutionary patterns and functional effects of 3D chromatin structures in butterflies with extensive genome rearrangements. Nat Commun 15, 6303 (2024).