棉花研究所李付广团队：关于揭示冷冻样本的天然染色质三维构象的研究学术资讯

来源：植物生物学

2020年12月1日，JGG在线发表了中国农业科学院棉花研究所、郑州大学李付广团队题为“Freeze-Substitution-Hi-C, a convenient and cost-effective method for capturing the natural 3D chromatin conformation from frozen samples”的研究论文。报道了利用冷冻置换Hi-C揭示冷冻样本真实染色质的三维结构。

染色质的高级结构时刻处于动态变化中，并参与基因表达及细胞进程的精确调控，在发育和多种疾病发生发展中具有重要功能。3C、4C及基于高通量测序的Hi-C和CHEA-PET等技术的出现，使得我们对染色质高级构象与生物学功能直接关系的认知越来越清晰。

然而，Hi-C和CHEA-PET等技术对样本的要求较为严格，新鲜样本需要及时进行交联固定和解交联，以最大限度避免外界因素(如：高温、低温等)导致的无法真实反映样本天然构象。但是，很多情况下，例如：医生从收集临床样本到运输至实验室进行样本处理，期间需要多个部门和人员的协调配合，费时费力。而且，低温运输可能造成三维构象的改变，很多已经收集的珍贵临床标本均已液氮速冻并长期低温保存。因此，如何利用冷冻样本解析染色质三维构象是该技术应用的一大技术难题。

近日，中国农业科学院棉花研究所李付广团队基于“冷冻替代”原理，将高压冷冻替代技术与Hi-C技术相结合，开发出了“冷冻置换Hi-C” (Freeze-Substitution-Hi-C，FS-Hi-C)。冷冻样本在梯度升温(-90℃到0℃)的过程中，伴随着细胞内水分子与乙醇、甲醛分子的置换过程(冷冻置换)，甲醛对冷冻样本的染色质结构进行预交联固定，从而最大程度避免升温引起的染色质结构改变，以保持样本的天然染色质构象。

图：“冷冻置换Hi-C”技术流程图

该研究首先在果蝇细胞系S2证明FS-Hi-C可用于研究染色质三维结构，且文库质量与原位Hi-C (in situ Hi-C)相当。随后，探讨了在具有复杂基因组的棉花中FS-Hi-C的适用性。研究发现，冷冻置换Hi-C与传统Hi-C在A/B compartments和TAD (拓扑结构)水平保持高度一致。在文库质量评估中发现，FS-Hi-C可极大地提高植物Hi-C文库的质量(valid interaction reads从21%提高到75%)及可重复性，大幅度降低了植物Hi-C的实验成本。

FS-Hi-C克服了传统Hi-C对新鲜样本要求的限制性(样本只需液氮速冻保存即可)，填补了该领域利用冷冻样本研究染色体三维构象的空白，使Hi-C技术更灵活便捷。

郑州大学农学院客座教授郑武、特聘研究员杨召恩和副研究员葛晓阳为该论文的共同第一作者，中国农业科学院棉花研究所、郑州大学李付广研究员为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金创新群体项目、中国科协青年人才托举工程项目等的资助。

来源：PlantBiotech 植物生物学

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