全基因组Hi-C揭示水稻染色三维构象#
2018年4月16日安诺基因联合东北师范大学合作发表的文章《Genome-wide Hi-C analysis reveals extensive hierarchicalchromatin interactions in rice》见刊Plant Journal，作为国内首篇商业合作的植物染色体三维互作文章，安诺基因提供整个项目的建库、测序并以合作作者形式参与数据分析。文章对水稻染色体的三维结构进行了全面解析，证实了水稻中compartment A/B 和local domains的结构特征，并深入解析水稻染色质的精细结构，包括chromatin loops、self-looped基因、IHI/KEEs 和FIREs等。文章结果为全面解析水稻染色体结构和深入探索水稻相关分子机制提供重要参考。文章截止2023年11月已被引用达120多次。
前期研究结前期研究结果表明，水稻的染色质折叠情况与拟南芥类似，但在特定的结构区域存在差异，到底哪里不一样呢，赶紧和小编一起来看看研究结果吧~
实验材料：水稻幼苗Oryza sativa L. ssp. japonica (cv. Nipponbare)
测序策略：Illumina HiSeq2500，PE125
研究结果果表明，水稻的染色质折叠情况与拟南芥类似，但在特定的结构区域存在差异，到底哪里不一样呢，赶紧和小编一起来看看研究结果吧~
研究结果#
1.水稻Hi-C实测数据#
单个样本产生2.1 billion clean reads，其中uniquely mapped 占比52.00%，dangling rate占比2.1%，interaction rate占比92.96%，valid rate占比58.3%（表1）。与之前发表的水稻Hi-C数据相比，本研究测序产生的有效数据更多（表2），分辨率达到1kb。
表1 Hi-C实测数据
表2 与之前发表文章中valid Hi-C reads的比较
图1 已发表水稻文章的分辨率（a）和安诺文章的分辨率（b）
2.水稻Hi-C互作矩阵#
经过 ICE（矩阵多重迭代）和标准化后构建水稻全部染色质的 Hi-C 互作热图（图2）。
图2水稻染色质（Chr1-Chr12）Hi-C互作热图
3.水稻全染色体定位分析#
图3水稻染色体间交互的 contacts 观测值与理论值比较热图
通过ICE迭代修正的方法获得互作矩阵，对水稻所有染色体在细胞核的相对定位进行分析（图3），并进行细胞核中染色质的3D模拟（图4）。结果表明，水稻染色体在细胞核中占领独立的染色质领域，呈莲座状结构。
图4 水稻和拟南芥染色体3D模拟
4. 水稻染色体特定区域 IDEs 分析#
Hi-C 实验获得的染色质相互作用频率（chromatininteractionfrequencies, IFs）在一定范围内一般随着距离的增大而衰减，一般使用交互衰减指数（Interaction decay exponents, IDEs）来描述 IFs 衰减的斜率陡度。研究发现，水稻所有染色体和染色体臂都是类似的折叠模式（图5）。
图5 IDE 拟合曲线图
（a）染色体长短臂的衰减曲线；
（b）近着丝粒区的衰减曲线；
（c）整个染色体衰减曲线。
5. A/B compartments分析#
对Chr1和Chr4染色质进行互作强度分析，发现A/B compartments区域分别富集常染色质和异染色质的表观遗传标记（图6）。
6.TAD分析#
在之前的研究中发现了水稻和拟南芥中发现了1000多个TAD结构和TAD-like结构，据此，本研究在更深Hi-C测序数据（20-kb bin）下进行了水稻染色质的TAD边界分析。研究发现，TAD结构均匀的分布在水稻的12条染色质中，TAD边界强度在compartmentsA和B 中没有明显的差异， A/B compartments的边界同时也是划分TADs的边界，（图7），同时，TAD边界的基因表达水平高于TAD内部。
图7 TADs 结构与A/B compartment划分
7.FIREs分析#
在染色质交互热图中，有一些区域与其位点附近区域呈现强交互现象，称为近距离交互热点（Frequently Interacting Regions， FIREs），对水稻进行FIRE calling，发现水稻中FIREs多位于compartment A区域，并富集活跃的表观修饰物。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tpj.13925
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