酿酒酵母基因组的3D模型

　　

随着测序技术的发展，人们对DNA序列及染色质的了解逐渐深入，然而，对于更高级的结构，比如染色体的拓扑结构和空间关系，我们还知之甚少。为此，美国华盛顿大学的研究人员开发了一种方法，从整体上捕获染色体内部和染色体之间的相互作用，并应用它生成了一张酿酒酵母单倍体基因组的3D图谱。文章发表在5月20日的《Nature》杂志上。

阐明染色体的复杂结构，了解基因如何被遥远的元件所调控，这一直是众多研究人员的梦想。近年来染色体构象捕获（3C）及其衍生技术的出现，让研究人员检测到染色体内部和染色体之间的长距离相互作用。然而3C技术的不足是信噪比低，于是华盛顿大学干细胞与再生医学研究所的段志军（音译）等将芯片捕获染色体构象（4C）与大规模并行测序相结合，来绘制酿酒酵母基因组的3D图。

他们的操作方法以4C为基础，首先是交联，然后是两次限制性酶切，中间还有一步分子内连接。在第二个酶切割之后，分子环化。环化后的分子含有一个6-bp的限制性酶识别位点（酶1）。与4C方法不同的是，他们用酶1重新将环状分子线性化，然后依次插入两组接头，其中一个允许用IIS型或III型限制性内切酶（例如EcoP151）消化。EcoP151消化之后，在两端就产生了相互作用的序列片段，下一步提交深度测序。

经过多个实验，研究人员终于绘制出酵母基因组的3D图。从图像上来看，酿酒酵母的基因组貌似一朵荷花，有32个染色体臂从由细胞核一个极上簇集的“着丝点”所形成的根部伸出。而12号染色体（图中呈绿色）则向外延伸，被rDNA重复片段所占据（白色箭头所指之处），而12号染色体的剩余部分则与4号染色体的长臂相互作用。

（图片来自Nature杂志）

这张3D图是一个忽略了染色体动态性质的快照，让人们首次有机会以高分辨率一睹一个真核基因组的架构，它凸显了即便是这样简单的一种生物的基因组的三维复杂性。这张图总结了基因组结构的已知特征，从而验证了这种方法，同时又鉴定出新的特征。

作者认为，尽管现在还不了解DNA序列如何指定了这个结构，但进一步的研究应能揭示普遍的组织原理。随着高通量DNA序列分析的不断发展，确定其它物种的高分辨率结构将会逐渐变得可行。（生物通 薄荷）

原文摘要：

A three-dimensional model of the yeast genome

Nature 465, 363–367 (20 May 2010) doi:10.1038/nature08973

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