动物染色质三维基因组及转录调控研究进展

曹修凯， 程 杰， 王晓刚， 黄永震， 蓝贤勇， 雷初朝， 陈 宏

(陕西省动物遗传育种与繁殖重点实验室，西北农林科技大学动物科技学院，陕西 杨凌 712100)

基因精准表达是细胞和个体维持正常生命活动的前提，而基因组染色质三维结构是基因精准表达调控的结构基础[1]。哺乳动物细胞内长约2 m的DNA分子，以高度折叠浓缩成染色质的方式存储于直径大约8 μm的细胞核内，形成复杂有序的三维结构，使得在线性基因组上相距很远的基因表达调控元件与其靶基因在三维空间上充分接近，从而发挥功能元件的精细调控作用[2-3]。研究表明，基因组染色质三维结构的变化会导致基因表达及其调控模式发生异常，进而引起表型变化[4]。随着测序深度的增加和三维基因组学研究的不断深入，不同层次的染色质三维结构被先后揭示，三维结构由大到小可划分为：染色质疆域(territory)、染色质区室(compartment)、拓扑关联结构域(topologically associating domains，TAD)和互作环(loop)。

1 基因组染色质三维结构层次

1.1 染色体疆域

利用显微观测技术和染色质构象捕获技术，人们发现每条染色体倾向独立占据不重叠的细胞核区域，这些区域称为染色体疆域[5]。在染色体疆域内部，基因组又不是随机分布的，而是与基因转录活性相关[6]。基因富集区域倾向分布于染色体疆域的边界处，尽管这不是一个普遍现象(存在例外情况)[7-12]。例如，Hoxd基因在小鼠e9.5胚胎肢芽是激活表达的，但该基因激活时并没有转移到染色体疆域的边界处[11]。不同的染色体疆域间也存在相互作用(图1)，特别是在染色体疆域的边界处[13]。……