我院李付廣研究團(tuán)隊利用“冷凍置換Hi-C”技術(shù)揭示冷凍樣本的天然染色質(zhì)三維構(gòu)象
2020年12月1日，JGG在線發(fā)表了我院李付廣團(tuán)隊題為“Freeze-Substitution-Hi-C, a convenient and cost-effective method for capturing the natural 3D chromatin conformation from frozen samples”的研究論文。報道了利用“冷凍置換Hi-C”技術(shù)揭示冷凍樣本真實染色質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。
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染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)時刻處于動態(tài)變化中，并參與基因表達(dá)及細(xì)胞進(jìn)程的精確調(diào)控，在發(fā)育和多種疾病發(fā)生發(fā)展中具有重要功能。3C、4C及基于高通量測序的Hi-C和CHEA-PET等技術(shù)的出現(xiàn)，使得我們對染色質(zhì)高級構(gòu)象與生物學(xué)功能直接關(guān)系的認(rèn)知越來越清晰。然而，Hi-C和CHEA-PET等技術(shù)對樣本的要求較為嚴(yán)格，樣本處理費時費力，再者，低溫運輸可能造成三維構(gòu)象的改變。因此，如何利用冷凍樣本解析染色質(zhì)三維構(gòu)象是該技術(shù)應(yīng)用的一大技術(shù)難題。
近期，我院李付廣團(tuán)隊基于“冷凍替代”原理，將高壓冷凍替代技術(shù)與Hi-C技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出了“冷凍置換Hi-C” 技術(shù)(Freeze-Substitution-Hi-C，FS-Hi-C)。冷凍樣本在梯度升溫(-90℃到0℃)的過程中，伴隨著細(xì)胞內(nèi)水分子與乙醇、甲醛分子的置換過程(冷凍置換)，甲醛對冷凍樣本的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)交聯(lián)固定，從而最大程度避免升溫引起的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，以保持樣本的天然染色質(zhì)構(gòu)象。
該技術(shù)首先在動物水平上得到驗證，利用果蠅細(xì)胞系S2證明FS-Hi-C可用于研究染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，且文庫質(zhì)量與原位Hi-C (in situ Hi-C)相當(dāng)。隨后，探索了FS-Hi-C在具有復(fù)雜基因組的棉花中的適用性。研究發(fā)現(xiàn)，冷凍置換Hi-C與傳統(tǒng)Hi-C在A/B compartments和TAD (拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))水平保持高度一致。在文庫質(zhì)量評估中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)S-Hi-C可極大地提高植物Hi-C文庫的質(zhì)量(valid interaction reads從21%提高到75%)及可重復(fù)性，大幅度降低了植物Hi-C的實驗成本。FS-Hi-C克服了傳統(tǒng)Hi-C對新鮮樣本要求的限制性(樣本只需液氮速凍保存即可)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域利用冷凍樣本研究染色體三維構(gòu)象的空白，使Hi-C技術(shù)更靈活便捷。
流程圖
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鄭州大學(xué)農(nóng)學(xué)院客座教授鄭武、特聘研究員楊召恩和副研究員葛曉陽為該論文的共同第一作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所、鄭州大學(xué)農(nóng)學(xué)院李付廣研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目、中國科協(xié)青年人才托舉工程項目等的資助。
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