又一篇!!!安诺植物Hi-C文章再见刊
2018.05.09

近日,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 hierarchical chromatin interactions in rice》见刊Plant Journal(IF:5.9),作为国内首篇(敲重点~~)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建库测序分析服务。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构象和深入探索水稻表观调控机制提供重要参考。

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PS:红框中的两位作者可是安诺Hi-C信息分析的大神哦~

 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 HiSeq 2500,PE125

研究结果

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为2.1%(真的很低哦~),interaction rate为92.96%,valid rate为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(图1)。

表1 Hi-C实测数据

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表2 与之前发表文章中valid Hi-C reads的比较

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图1 已发表水稻文章的分辨率(a)和安诺文章的分辨率(b)

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)。

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图2 水稻染色质(Chr1-Chr12)Hi-C互作热图

水稻全染色体定位分析

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。

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图3 水稻染色体间交互的 contacts 观测值与理论值比较热图


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图4 水稻和拟南芥染色体3D模拟

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(chromatin interaction frequencies, 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)。


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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。

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)。

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图6 水稻Chr1互作热图及对应的多种表观遗传标记物

TAD分析

前期研究在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。

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图7 TADs 结构与A/B compartments划分

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。

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图8 水稻Chr7: 22,000,000-23,000,000区域的FIREs鉴定

2015年初,安诺基因首次在国内推出动物群体Hi-C和单细胞Hi-C测序服务,随后将人类染色体三维构象解析的分辨率提升至1kb的世界顶尖水平,同年12月在国内首次推出植物Hi-C测序服务。四年来,安诺Hi-C技术不断发展,众多研究者利用安诺Hi-C技术取得了丰硕的成果。作为国内三维基因组测序技术的领导者,安诺基因与法国居里研究所、中国农业大学、中科院动物所、西南大学、南京医科大学等多家科研院所深度合作,相关研究成果已发表在NatureGenome BiologyMolecular Plant等国际高水平期刊,累计IF 79.18,平均IF 13.20。安诺Hi-C,期待与您一起换个视角做测序,共同探索染色质三维结构之美。

表3 安诺Hi-C合作文章列表

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惊喜环节

日前,安诺云重磅推出Hi-C在线分析工具,作为国内首家也是目前唯一一家可以提供Hi-C云分析服务的提供商,安诺基因致力于让每个研究者都能体验到Hi-C分析的魅力,上述图2、图3、图5均可实现在线分析,想不想试一试呢?只要您在留言中留下姓名、单位和联系方式,小编将从中抽取5名,提供安诺云账号免费试用,想要体验的小伙伴赶紧哦~~

 

参考文献:

Dong Q L, Li N, Yuan Z, et al. Genome-wide Hi-C analysis reveals extensive hierarchical chromatin interactions in rice[J]. Plant Journal, 2018. doi: 10.1111/tpj.13925

Dong P F, Tu X Y, Chu P Y, et al. 3D chromatin architecture of large plant genomes determined by local A/B compartments[J]. Molecular Plant, 2017

Liu C, Cheng Y J, Wang J W, et al. Prominent topologically associated domains differentiate global chromatin packing in rice from Arabidopsis[J].Nature Plants, 2017

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