三维基因组染色质构象捕获及其衍生技术

线性染色质经过多重折叠凝缩到真核生物的细胞核中,染色质的三维构象直接决定了真核生物的基因表达,因此染色质可以在局部或远程空间上发生互作调控基因转录。折叠成环状构象的染色质可以借助染色质构象捕获 (Chromosome conformation capture,3C) 技术来研究,基于3C技术扩展的4C/5C/Hi-C从单个位点延伸到全基因组捕捉三维构象,在此基础上,染色质构象核心技术可以与免疫共沉淀、核酸分子杂交、单细胞、基因组测序等技术偶联而产生新的衍生技术和应用,这极大地推动了染色质构象技术在基因时空特异性表达调控上的研究。文中将以3C和Hi-C等三维基因组核心技术为基础,重点介绍染色质构象捕获及其衍生技术的原理和前沿应用。     

染色质构象捕获及其衍生技术

染色质的构象在基因表达调节方面起重要作用．介绍了染色质构象捕获、环状染色质构象捕获、3C碳拷贝、ChIP-loop、ChIA-PET和Hi-C等技术的基本原理及发展历程,对影响实验结果准确性的主要因素进行了分析．目的是为在三维层面研究基因的表达调控介绍新的研究手段,为功能研究提供新思路,也为相关技术的应用提供理论参考．     

Hi-C技术在三维基因组学和疾病致病机理研究中的应用

三维基因组学在基因组序列、基因结构及其调控元件的基础上对细胞核内的染色质的三维空间结构进行研究。染色体的空间交互作用是基因表达调控的重要因素,随着高通量染色体构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)技术及其衍生技术的出现和快速发展,借助Hi-C技术获取高通量三维基因组学数据,对基因表达调控等生物过程进行研究,已成为揭示细胞深层机制、阐明疾病致病机理的重要手段。本文在介绍三维基因组的发展历程和研究技术的基础上,重点总结了近年来Hi-C技术在多种疾病研究、特别是致病机理阐释方面的应用和成果,为深入理解三维基因组学在构建全局基因调控图谱、挖掘疾病致病机理方面的应用提供参考和借鉴。     

三维基因组学在动物遗传育种中的研究进展*

三维基因组学是近年兴起的研究基因组三维空间和结构的学科,是在基因组序列、基因结构及其调控元件的基础上对基因组序列在细胞核内的三维空间结构,及其对基因复制、转录、修复和调控等生物过程中的功能进行的研究。随着高通量测序技术的出现和改进,三维基因组学相关研究也得到快速发展。重点介绍三维基因组的发展历程、研究技术、结构层次,并总结近年来三维基因组学在动物遗传育种方面的应用。     

三维基因组学与精准生物学

三维基因组学是以研究真核生物核内基因组空间构象,及其对不同基因转录调控的生物学效应为主要研究内容的一个新的学科方向;也是后基因组学时代研究的一个热门领域。它的研究重点是空间构象与基因转录调控间的关系。通过三维基因组学技术,科学家将能对基因组的折叠和空间构象、转录调控机制、复杂生物学性状、信号传导通路和基因组的运行机制等一系列重要问题进行更深入的探讨和研究,为系统解读生命百科全书和精准生物学的实施奠定坚实基础。本文综述了目前三维基因组学研究领域中的主要技术、研究现状、科研进展、存在问题、未来及与精准生物学的关系等内容。以期能较系统地展示三维基因组学取得的一系列成果,解读从三维空间构象信息到不同基因功能研究的路径,精准决定在转录调控网络中不同基因表达的时空特异性的可能模式。     

植物三维染色质构型研究进展

染色质在细胞核内的缠绕、折叠及其在细胞核内的空间排布是真核生物染色质构型的主要特征。在经典DNA探针荧光原位杂交显微观察的基础上,基于新一代测序技术的Hi-C及ChIA-PET染色质构型捕获技术已经被广泛应用于动物及植物细胞核染色质构型的研究中,并以新的角度定义了包括:染色体(质)域(chromosome territory)、A/B染色质区室(compartment A/B)、拓扑偶联结构域(topological associated domains,TADs)、染色质环(chromatin loops)等在内的多个更为精细的染色质构型。利用以上两种主流技术,越来越多的植物物种染色质构型特征被鉴定、分析和比较。本文系统分析和总结了近年来以植物细胞为模型的细胞核染色构型领域取得的重要成果,包括各级染色质构型特征的组成、建立机制和主要影响因素等。在此基础上,分析了目前研究植物染色质构型技术的瓶颈和突破性的技术进展,并对后续研究主要关注的问题和研究内容进行了展望,以期为相关领域的研究提供更多的理论参考和依据。     

CTCF在介导三维基因组形成及调控基因表达中的研究进展

真核细胞间期的染色质在细胞核中经过复杂的盘曲折叠,形成高级拓扑结构,这样的染色质结构空间组织对基因表达有重要影响.CTCF(CCCTC-binding factor)作为关键的染色质高级结构架构蛋白,对三维基因组结构的形成起到了重要作用.CTCF还可以与基因组内大量的绝缘子结合,影响染色质远程交互,实现对增强子和基因转...     

利用环形染色体构象捕获技术对Bci11b基因座位在细胞核内空间组织的研究

环形染色体构象捕获（4c）技术实现了在全基因组范围内捕获与4c靶位点发生相互作用的基因座位,因而通过4C相关技术可以进一步研究靶基因座位在细胞核内的空间组织形式。该文以ABclllb基因座位作为4C分析的靶位点,通过优化4C分析的反向巢式PCR扩增条件,实现4C分析PCR的高效扩增：并通过有限克隆筛选与普通测序分析相结合的方法,在全基因组范围内捕获到一些与BcHlb基因座位发生潜在相互作用的基因座位。这些基因座位与靶位点间的相互作用既有发生在相同染色体内的,也有发生在不同染色体之间的。这些基因座位间的相互作用表明了Bclllb基因座位在细胞核内复杂的空间组织形式。     

乳酸菌基因组学研究进展

乳酸菌广泛应用于食品发酵工业中,其中有些菌种是重要的益生菌。目前,对乳酸菌的研究已从最初的形态学研究进入到了分子水平的研究。乳酸菌全基因组测序研究已在全球展开。乳酸菌基因组研究有助于揭示乳酸菌的遗传和代谢机制,加速重要益生功能基因的挖掘,同时为乳酸菌的应用提供众多可能性。本文就乳酸菌基因组研究的概况、重要乳酸菌基因组、乳酸菌的功能基因组以及比较基因组进行了综述。     

染色质三维结构重建及其生物学意义

真核生物的基因组在细胞核中以染色质的形式存在,染色质的功能与它的三维结构紧密相关,例如,基因组的复制、转录、调控、DNA突变、长链非编码RNA的传播和胚胎发育等生物功能都是在细胞核的三维空间中完成的.随着染色体构象捕获及其衍生技术与高通量测序技术的结合,产生了大量的染色质交互作用数据.根据这些染色质交互作用数据,研究人员已经提出很多种方法来重建染色质的三维结构.这些方法有助于在不同分辨率下系统地研究染色质的三维结构,为更好地了解染色质的调控功能提供了结构依据.本文总结了近期染色质三维结构建模方法的进展,并探讨了其在研究染色质生物学功能方面的应用.     

小RNA(MicroRNA)研究方法

小RNA (microRNA)是一类新发现的长度约为21～25个核苷酸的RNA,它在转录后水平调节靶基因表达.已有研究表明,小RNA在发育、细胞增殖、凋亡、脂类代谢、激素分泌及肿瘤发生等多种生理和病理过程中发挥重要作用.针对小RNA的研究方法主要包括两大类:一是以传统实验技术方法为基础建立起来的小RNA特有的技术方法,二是已成熟应用的生物信息学技术.前者侧重于小RNA表达的检测和功能机制的阐明,后者则包括新小RNA基因及小RNA靶基因的预测.两者相辅相成,互为补充,为深入地研究这类分子的功能和分子机制提供了大量功能线索,及确凿的实验证据.     

金小蜂基因组学研究前沿

金小蜂不仅是重要的昆虫天敌资源,还是理想的模式生物。2010年1月15日,3种金小蜂(丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis、吉氏金小蜂N.giraulti和长角金小蜂N.longicornis)的基因组在《科学》上发表。这一事件标志着金小蜂研究"后基因组时代"的开始。金小蜂基因组测序完成后,科学家们就利用生物信息学、比较基因组学、功能基因组学等方法,基于基因组平台,在进化遗传学、发育生物学、神经生物学、行为学等领域开展了系列研究,取得了重要进展,国际著名杂志《昆虫分子生物学》和《遗传》还以特刊的形式进行刊载。本文就金小蜂基因组学相关研究取得的进展予以扼要概述,并探讨其研究方向和发展前景。     

生态基因组学研究进展

生态基因组学是一个整合生态学、分子遗传学和进化基因组学的新兴交叉学科。生态基因组学将基因组学的研究手段和方法引入生态学领域,通过将群体基因组学、转录组学、蛋白质组学等手段与方法将个体、种群及群落、生态系统不同层次的生态学相互作用整合起来,确定在生态学响应及相互作用中具有重要意义的关键的基因和遗传途径,阐明这些基因及遗传途径变异的程度及其生态和进化后果的特征,从基因水平探索有机体响应天然环境(包括生物与非生物的环境因子)的遗传学机制。生态基因组学的研究对象可以分为模式生物与非模式生物两大类。拟南芥、酿酒酵母等模式生物在生态基因组学领域发挥了重要作用。随着越来越多基因组学技术的开发与完善,越来越多的非模式生物生态基因组学的研究将为生态学的发展提供重要的理论与实践依据。生态基因组学最核心的方法包括寻找序列变异、研究基因差异表达和分析基因功能等方法。生态基因组学已广泛渗透到生态学的相关领域中,将会在生物对环境的响应、物种间的相互作用、进化生态学、全球变化生态学、入侵生态学、群落生态学等研究领域发挥更大的作用。     

染色体构象俘获技术及其研究进展

真核生物中远距离的调控元件往往通过相互作用形成复杂的染色体相互作用网络,对基因的表达进行三维调节,染色体构象俘获是研究染色体相互作用的有力工具。简要综述了染色体构象俘获技术的基本原理及其研究进展,并对相关技术存在的问题进行了分析,对发展趋势进行了展望。     

Novel integrative genomics strategies to identify genes for complex traits

Forward genetics is a common approach to dissecting complex traits like common human diseases. The ultimate aim of this approach was the identification of genes that are causal for disease or other phenotypes of interest. However, the forward genetics approach is by definition restricted to the identification of genes that have incurred mutations over the course of evolution or that incurred mutations as a result of chemical mutagenesis, and that as a result lead to disease or to variations in other phenotypes of interest. Genes that harbour no such mutations, but that play key roles in parts of the biological network that lead to disease, are systematically missed by this class of approaches. Recently, a class of novel integrative genomics approaches has been devised to elucidate the complexity of common human diseases by intersecting genotypic, molecular profiling, and clinical data in segregating populations. These novel approaches take a more holistic view of biological systems and leverage the vast network of gene–gene interactions, in combination with DNA variation data, to establish causal relationships among molecular profiling traits and Fbetween molecular profiling and disease (or other classic phenotypes). A number of novel genes for disease phenotypes have been identified as a result of these approaches, highlighting the utility of integrating orthogonal sources of data to get at the underlying causes of disease.