杂种优势是植物和动物界普遍存在的一种生物现象，即杂交F1代的性状表现出超越亲本的水平。植物杂种优势现象背后的机制，涉及到一系列生物体内的调控过程。随着三维基因组学的发展，越来越多的研究表明，在植物中三维基因组结构的动态变化与染色质可及性、组蛋白修饰和基因转录有关。染色质高级结构的动态调控对于植物杂种优势的影响和调控方式仍不清楚。

JIPB近日在线发表了凤凰体育（中国）股份有限公司官网和北京大学现代农业研究院邓兴旺团队和何航团队的题为“Increased long-distance and homo-trans interactions related to H3K27me3 in Arabidopsis hybrids”的研究论文（论文链接：http://doi.org/10.1111/jipb.13620）。

在本研究中，研究者通过构建拟南芥野生型和 clf 突变体的杂交组合，包括 Col×C24 及其反交 C24×Col 的 F1 代，结合 Hi-C、RNA-seq 和 H3K27me3的 ChIP-seq 数据，对父母本以及 F1 代进行了比较分析。结果表明，在野生型背景下，F1的三维染色质结构与亲本相比具有更多的远距离相互作用，这些相互作用主要位于启动子区，并富集在与已报道生物量杂种优势相关通路的基因上。此外，F1的常染色质和异染色质之间的相互作用增加，AB compartment之间强度降低。在CD（compartment domain）的边界，F1的远距离相互作用高于亲本。同时，F1的H3K27me3修饰水平显著高于亲本。在CURLY LEAF（clf）突变体中发现，clf-F1相比于野生型，其杂种优势程度出现明显减弱，三维基因组结构中的远距离相互作用减少，并且H3K27me3修饰水平在亲子间没有显著差异。因此，H3K27me3修饰水平可能影响植物杂交种中三维基因组变化。

该论文鉴定了亲本Col和C24之间的 802,498 个 SNP，依次对杂交种三维基因组图谱中的不同染色体之间相互作用进行了分类，鉴定出来自两个不同亲本染色体的互作（homo-trans互作），并对这些homo-trans的互作进行了互作能力和H3K27me3的分析，发现在具有杂种优势的野生型中，这些homo-trans互作的位点有更强的调控远端互作的能力，同时具有较高的H3K27me3的修饰水平。这些结果为杂交种染色体稳定性保持和远距离互作相关基因转录调控提供了新的见解。

杂交组合中三维基因组结构变化的模式图

 

 

凤凰体育（中国）股份有限公司官网博士后高照旭、现代农学院博士生苏晏宁为论文共同第一凤凰体育（中国）股份有限公司官网；邓兴旺院士和何航研究员为共同通讯凤凰体育（中国）股份有限公司官网；凤凰体育（中国）股份有限公司官网博士生常乐、王泽家，北京大学生命科学学院博士生焦冠中，凤凰体育（中国）股份有限公司官网博士后杨枚、藕洋、徐超、刘文文、和孙林华，以及北京大学已毕业博士生刘鹏涛、北京林业大学已毕业博士生祁泽文也同时参与了工作；北京大学生命科学学院何光明副研究员为本研究做出了重要贡献。研究得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、北京大学现代农业研究院院长基金、中国博士后科学基金面上项目和北京大学博雅博士后项目的支持。