近日，北京农学院青贮玉米团队教师刘函在Nature Communications期刊上发表题为“Conservation and Variability of Long-range Interactions in Structurally Diverse Maize Genomes”的研究成果。
研究人员以B73、Mo17及其正反交杂交种B73xMo17、Mo17xB73播种后14天幼苗为研究对象，综合采用H3K4me3和H3K27ac介导的HiChIP、Improved 4C-seq、RNA-seq等多组学手段，鉴定了3类互作：亲本（相对于杂交种的）特有互作，杂交种（相对于亲本的）特有互作，杂交种同源染色体之间的互作。在分析策略上，首先生成了一个融合的（combined）B73+ Mo17参考基因组，以尽可能多地捕获亲本或杂交种中能够追溯亲本来源的测序读长。
本研究采用的融合B73+ Mo17参考基因组
研究人员利用融合基因组，分析了B73与Mo17远程3D互作异同。研究发现，在两种不同组蛋白质修饰介导的互作中，无论是B73特有互作、Mo17特有互作或两者共有的保守互作，genic-genic互作比例最高，genic-intergenic次之，intergenic-intergenic最少，这与已报道的动植物基因组3D互作比例一致。进一步发现，在共线性互作中，syn-syn互作比例最高，超过50%；syn-nonsyn次之，nonsyn-nonsyn最少。在各类型互作中，超过70%的互作长度（loop length）大于10 Kb。
值得关注的是，在两个亲本基因组中均存在一对共线性3D互作，在B73中是Zm00001d012517与pmg1（磷酸甘油酸变位酶）互作，互作长度29 Kb；在Mo17中是Zm00014a024308与pmg1互作，互作长度17 Kb。另外，两者互作区内的转座子类型与数量也不相同。这表明，大刍草驯化为现代玉米过程中（甚至更久远），存在由转座子驱动的不同程度的基因组扩张。
B73与Mo17长距离互作的保守性与差异性分析
研究发现，结构变异（SV）促进了不同基因型特有互作的产生。鉴定到了某一亲本特有、另一亲本缺乏的互作，也存在两者共有的互作。此处存在一个有趣的发现：B73与Mo17基因组存在一个共有基因，在前者基因组中，与Zm00001d033948发生存在；但后者（Mo17）基因组中Zm00001d033948序列中发生缺失，无（或极弱）相应ChIP-seq peak，导致后者基因组中，共有基因与更远的Zm00001d033951自发产生互作，表达水平更高。这与此前报道的Enhancer Release and Retargeting现象殊途同归。
研究人员鉴定了玉米杂交种相关的三维互作。意料之中的是，杂交种中存在（相对于亲本）新产生的3D互作，即获得型互作；意料之外的是，杂交种中缺失了某些（亲本中原有的）互作，即缺失型互作。在这两种互作类型中，反式（trans）比例通常最高，补偿型（cimpensatory）次之，顺式（cis）最少。我们推测，获得型与缺失型共同在杂种优势中起作用。
玉米杂交种中存在等位基因之间的3D互作。在杂交种中，作者根据亲本的SNP溯源HiChIP互作的染色质区段，并用4C-seq进行验证。在B73xMo17杂交种的Zm00001d019180，及Mo17xB73杂交种的Zm00014a006917中，分别鉴定到同源染色体之间的互作。相关基因在杂交种中的表达水平均高于亲本。
玉米杂交种等位基因之间的三维互作
该研究在不同遗传结构的玉米自交系基因组中，发现存在由SV引起的差异互作；玉米F1杂交种及其亲本自交系中，存在差异互作；玉米F1杂交种中，存在相对于亲本的获得型互作或缺失型互作，同时也存在同源染色体间互作。
