研究组早期系统化分析了稻子等方式绿色植物不一样机构的线性表观基因和三维基因组构造这种相对性“静态数据”的核内染色质组织结构。实际上，真核生物的三维基因构造随时随地序（如昼夜节律 、 发育过程等）产生变化规律，危害基因的表达的品种和抗压强度。因而，必须挑选一个满意的系统软件，来科学研究三维基因构造动态性变化趋势以及作用。地球的自转造成的昼夜更替引起了阳光照射和溫度等自然环境的规律性转变，高生物体也演化成了与之相匹配的内源昼夜节律生理时钟。生物钟造成以大概24 钟头为周期时间的震荡转变，参加管控稻子中超出1/3活跃性表述的遗传基因，是成长发育、基础代谢和生长激素数据信号传输等生命活动全过程中至关重要的内源基因表达调控系统软件。因而，稻子的规律钟分子生物学不但自身是一个关键的研究领域，与此同时也是科学研究三维基因构造变化规律与基因表达调控的理想化实体模型。

 

　　RNA聚合酶II（RNAPII）是真核生物基因转录的关键亚基，重要转录元器件。在本分析中，最先制作了RNAPII在一天中不一样时间点的顺反组图普，表明35%的RNAPII团块在一天中展现规律转变，再融合规律转录组数据信息，发觉RNAPII数据信号水准与规律基因的表达水准展现明显正关联性，且RNAPII征募全过程比mRNA累积提早2钟头。接着，运用优化的Long-read ChIA-PET技术性，搭建了RNAPII受体的白天黑夜染色质互动图普，结构化分析了在不一样的三维构造限度下对规律基因转录的危害。

　　科学研究数据显示，在染色质环水准，RNAPII在迟早各自受体了20,667和21,001个染色质远程控制互作，在其中32,697（91%）个远程控制互动是迟早特异性的。且一天中一样或相邻相位差的规律遗传基因趋向于在区域上集聚在一起，开展协作表述。从同一个遗传基因结构域传出的染色质环产生染色质室内空间互动簇（CSC），研究发现规律表述遗传基因趋向于聚集在早上特异性的CSC，而不是规律遗传基因趋向于聚集在晚上特异性的CSC。白天黑夜染色质互动互联网分析表明，关键规律钟遗传基因在早上均遍布在RNAPII受体的染色质网络连接中，而在晚上则是分散开来、零星散播在较小的染色质网络连接中，这表明关键规律钟遗传基因在早上彼此之间室内空间上互相贴近开展协作转录，而在晚上则是坐落于离散变量的“转录加工厂” 中。这种白天黑夜变化规律的稻子高像素三维分子生物学分析和对规律遗传基因的互作管控信息内容，有利于大家深层次了解稻子不一样室内空间限度上DNA 顺式管控元器件中间相互影响的规律变化趋势，从而表明其管控遗传基因规律表述和关键农业特性的原理，为稻子基因遗传改进和别的农作物的分析给予主要的现实意义和科学合理使用价值。

　　华中农业大学博士研究生邓利和博士生高白白的为毕业论文一同第一作者。性命科技进步学校李兴旺专家教授为通讯作者，信息学院李国亮教授参加了课题研究具体指导。科学研究获得了我国关键科研开发方案、自然科学基金，中国博士后科学基金、中间高等院校基本上科学研究项目资金及其农作物基因遗传改进我国重点实验室独立课题研究等新项目和基因组研究与稻子基因遗传改进自主创新精英团队的适用。

　　审批人：李兴旺

　　【英文摘要】

　　Background: The daily cycling of plant physiological processes is speculated to arise from the coordinated rhythms of gene expression. However, the dynamics of diurnal 3D genome architecture and their potential functions underlying rhythmic gene expression remain unclear.

　　Results: Here, we reveal the genome-wide rhythmic occupancy of RNA polymerase II （RNAPII）， which precedes mRNA accumulation by approximately 2 h. Rhythmic RNAPII binding dynamically correlates with RNAPII-mediated chromatin architecture remodeling at the genomic level of chromatin interactions, spatial clusters, and chromatin connectivity maps, which are associated with the circadian rhythm of gene expression. Rhythmically expressed genes within the same peak phases of expression are preferentially tethered by RNAPII for coordinated transcription. RNAPII-associated chromatin spatial clusters （CSCs） show high plasticity during the circadian cycle, and rhythmically expressed genes in the morning phase and non-rhythmically expressed genes in the evening phase tend to be enriched in RNAPII-associated CSCs to orchestrate expression. Core circadian clock genes are associated with RNAPII-mediated highly connected chromatin connectivity networks in the morning in contrast to the scattered, sporadic spatial chromatin connectivity in the evening; this indicates that they are transcribed within physical proximity to each other during the AM circadian window and are located in discrete “transcriptional factory” foci in the evening, linking chromatin architecture to coordinated transcription outputs.

　　Conclusion: Our findings uncover fundamental diurnal genome folding principles in plants and reveal a distinct higher-order chromosome organization that is crucial for coordinating diurnal dynamics of transcriptional regulation.

　　毕业论文连接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02594-7