La estructura de cromatina de alto orden es un requisito previo para la función de los elementos reguladores en cis en el genoma, que desempeña un papel importante en la regulación génica.
por Zhang Nannan, Academia China de Ciencias
En eucariotas, la organización del genoma tridimensional (3D) presenta un patrón jerárquico, donde la cromatina se puede dividir en diferentes dominios estructurales, como territorio cromosómico, compartimento A/B, dominio asociado topológicamente (TAD) y bucle de cromatina.
Ha habido muchos estudios sobre los cambios dinámicos del genoma 3D durante el desarrollo embrionario en mamíferos. Sin embargo, no se han realizado estudios en profundidad sobre la diversidad genética del genoma 3D en plantas, especialmente en plantas superiores. Y la relación entre la variación genómica y la variación genómica 3D, y el efecto de la variación genómica 3D en la domesticación de cultivos aún no se conocen bien.
Un grupo de investigación dirigido por el Prof. Tian Zhixi del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia de Ciencias de China investigó esta diversidad genética y construyó un genoma pan-3D de soja, revelando las relaciones internas entre el genoma de soja, el genoma 3D y el gen . expresión _ El estudio fue publicado en Genome Biology .
Los investigadores obtuvieron datos genómicos en 3D de alta calidad realizando experimentos de captura de conformación de cromatina de alto rendimiento de 27 materiales de germoplasma de soja que se ensamblaron de novo en un estudio anterior.
Para investigar la conservación y la variabilidad del genoma 3D, realizaron análisis panómicos y construyeron el genoma pan-3D de la soja. Según los investigadores, los compartimentos A/B generalmente se conservaron entre las accesiones de soja, y la variación de los compartimentos A/B estuvo estrechamente relacionada con las características genómicas. Además, las regiones con características genómicas intermedias fueron la principal región de cambio de compartimento A/B.
Los límites de TAD definen el rango de interacciones de los TAD. En muchos casos, la variación de los límites TAD representa un cambio en la regulación génica . Los investigadores también construyeron un genoma pan-3D de límites TAD. El genoma Pan-3D mostró que los límites TAD tenían un mayor nivel de variación que los compartimentos A/B. Un análisis posterior reveló que los retrotransposones que no son LTR (LINE y SINE) se enriquecieron alrededor de los límites TAD, lo que sugiere que estos dos tipos de elementos tienen funciones importantes para mantener los límites TAD.
Además, los elementos gitanos y las repeticiones satelitales se enriquecieron alrededor de los límites TAD específicos de la accesión, lo que indica que estos elementos desempeñan funciones únicas en la formación de límites TAD específicos. Estos resultados explican cómo las superfamilias de elementos transponibles (TE) remodelan el genoma 3D en las plantas por primera vez.
Las variaciones estructurales genómicas (SV) son la principal fuente de variación genética. Debido a la falta de datos de SV de alta calidad, la relación entre la variación genómica 3D y el SV genómico no se ha investigado en plantas. Los investigadores exploraron más a fondo la relación entre el SV genómico y la variación genómica 3D basándose en datos de SV de alta calidad del ensamblaje del genoma de novo. La investigación mostró que la variación de presencia y ausencia (PAV) juega el papel más importante en la variación genómica 3D. Un análisis posterior mostró que el contenido de elementos gitanos y repeticiones satelitales aumentó significativamente en los SV que formaron los límites TAD específicos de la accesión.
Estos resultados confirmaron que los TE pueden remodelar la evolución del genoma 3D impulsando los SV. Para explorar la relación entre la diversidad del genoma 3D y la expresión génica, verificaron la correlación entre el genoma 3D y la expresión génica en múltiples niveles.
Además, también exploraron el proceso de selección del genoma 3D en soja silvestre, variedades locales y cultivares durante la domesticación y mejora. Descubrieron que la selección del genoma 3D se produjo principalmente durante la domesticación, más que durante la mejora. Esta selección reformuló la regulación génica y condujo a cambios en la expresión génica de la soja.
«Este trabajo investiga la diversidad genética del genoma 3D entre el germoplasma vegetal a través de la construcción del genoma pan-3D, revela los roles de los TE de plantas en la remodelación del genoma 3D, analiza la variación del genoma 3D causada por los SV genómicos y la selección y los efectos funcionales posteriores de 3D genoma durante la domesticación de cultivos. Estos estudios proporcionan una nueva forma de comprender la evolución del genoma de la planta , y también proporcionan recursos valiosos para el mejoramiento de diseño molecular», dijo Tian Zhixi, líder del grupo y autor correspondiente del estudio.
Más información: Lingbin Ni et al, El análisis del genoma Pan-3D revela la diferenciación estructural y funcional de los genomas de la soja, Genome Biology (2023). DOI: 10.1186/s13059-023-02854-8
