华中农业大学李兴旺/李国亮/阎加培揭示水稻组蛋白H3K9ac修饰的昼夜振荡模式和3D基因组结构的节律动态变化

2023年8月12日，华中农业大学李兴旺、李国亮及阎加培共同通讯在Nucleic Acids Research 上在线发表题为“Integrated 3D genome, epigenome and transcriptome analyses reveal transcriptional coordination of circadian rhythm in rice”的研究论文，为了研究水稻中基因表达节律的调控模式，该研究通过时间序列ATAC - seq分析了开放染色质区域和转录因子( TF )足迹。虽然开放的染色质区域没有表现出昼夜节律性变化，但大量的转录因子以时间依赖的方式节律性地与染色质结合并驱动基因表达。

进一步的转录调控网络作图揭示了核心时钟基因和参与光/温度信号传导的转录因子之间的显著相关性。ZT8特异表达基因的原位Hi - C同时表现出高度连接的染色质关联，而这种ZT8染色质连接网络在ZT20处解离，表明基因表达的昼夜节律受染色质动态空间构象的控制。这些发现共同证实了昼夜节律H3K9ac修饰、TF的染色质关联和基因表达之间存在同步机制，并为与基因表达节律相关的空间染色质构象的昼夜动态提供了新的见解。

      这项全面的全基因组研究探究了昼夜节律转录组、表观基因组和3D基因组结构之间的关联，并在不同的光照条件下表现出不同的昼夜节律特征。研究人员在全基因组水平上鉴定了长链非编码RNA ( long non-coding RNAs，lncRNAs )表达的昼夜节律变化，发现振荡lncRNAs与振荡基因共表达。此外，该研究发现振荡基因表达的调控不是通过染色质开放的时间调控，而是通过转录因子与顺式调控元件的时间依赖性结合而发生的。对3D基因组结构和基因表达之间的相互作用进行了详细的分析，发现振荡基因参与了时间依赖的染色质相互作用。总之，这些结果对于全面理解水稻表观遗传修饰、空间染色质动态和节律基因表达之间的昼夜协调关系具有重要意义。