肖军研究组开发三维基因组新技术并揭示TaSPL7&15介导染色质互作调控光合作用的机制

摘要：染色质的空间组织结构是维持基因组稳定性、实现基因表达精准调控关键环节。在植物中，已有诸多参与调控关键农艺性状的远程调控元件被鉴定。然而，现有三维染色质构象捕获技术（如Hi-C, ChIA-PET, HiChiP和OCEAN-C等）仍难以在低成本条件下无偏好性地

染色质的空间组织结构是维持基因组稳定性、实现基因表达精准调控关键环节。在植物中，已有诸多参与调控关键农艺性状的远程调控元件被鉴定。然而，现有三维染色质构象捕获技术（如Hi-C, ChIA-PET, HiChiP和OCEAN-C等）仍难以在低成本条件下无偏好性地捕获高分辨率活跃的染色质互作。因此，开发能够精准解析开放染色质空间组织的新技术，对于深入理解长程转录调控机制具有重要意义。此外，虽然动物中已明确CTCF结合因子和黏连蛋白复合物介导染色质互作的建立与维持，但植物中缺乏CTCF同源物，其染色质互作的形成和维持机制仍不清楚。

2025年5 月30日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组与华大生命科学研究院在Science Advances期刊在线发表了题为TAC-C uncovers open chromatin interaction in crops and SPL-mediated photosynthesis regulation的研究论文（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu6565），创新性开发了高分辨率的转座酶可及染色体构象捕获（TAC-C）技术，揭示了远程互作在调控基因表达的关键作用，特别阐明了TaSPL7/15介导远程互作调控小麦光合作用的机制。

研究团队通过整合ATAC-seq和Hi-C测序技术，开发了Transposase-Accessible Chromosome Conformation Capture (TAC-C)技术，实现了针对性捕获开放染色质区间的相互作用。相较于传统的Hi-C和OCEAN-C技术，TAC-C在基因区域的捕获效率和分辨率显著提升。使用该技术在四种主要农作物（小麦、水稻、高粱和玉米）中均获得了高质量的染色质互作图谱，证实了其广适性。

研究发现，在四种作物中频繁参与互作的“hub”节点基因表现出更高的表达水平和更低的遗传变异频率，提示这些基因在进化上具有重要的保守功能。通过整合染色质互作信息与群体遗传学数据，研究进一步发现互作锚点区域显著富集数量性状位点（QTL）和表达数量性状位点（eQTL），表明染色质三维互作可能通过连接远端调控元件与靶基因来影响表型变异。此外，六倍体小麦A、B和D亚基因组间存在显著的转座子插入和锚点区域序列变异驱动的染色质互作不对称。这种不对称性导致了亚基因组间同源基因的偏好表达。

在远程互作的形成机制层面，研究发现SBP、MYB、Dof、ERF和GATA家族转录因子的结合位点在互作锚点区域显著富集。其中，SBP结合基序富集的染色质环表现出更强的互作强度，且更倾向于定位在功能性调控区域。通过对TaSPL7/15突变体的深入分析，研究证实该转录因子通过介导染色质互作调控光合作用相关基因（如TaCKX11-B、TaSGR-5D、TaNRR-A1和TaTK-2D等）的表达，进而影响叶片发育和光合效率，为作物的高光效的改良提供了三维调控层面的新思路。

中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究员为该论文唯一通讯作者，华大生命科学研究院康靖民研究员，遗传发育所在读博士生张召衡，助理研究员林学磊，华大生命科学研究院刘福龑、宋雅丽为该论文共同第一作者，西北农林科技大学赵鹏博士，遗传发育所博士后林宇菁，在读博士生骆旭梅，中国科学院植物研究所李笑一、杨妍妍副研究员也参与了该课题研究。中国科学院植物研究所王文达研究员，遗传发育所刘翠敏研究员，西北农林科技大学许盛宝教授，华大生命科学研究刘心研究员参与指导了该研究工作。该研究得到了国家科技重大专项、国家重点研发计划、北京市自然科学基金杰出青年项目和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的资助。