【科研进展】杨若林教授团队在三维染色质构型影响基因组进化方面取得新进展

近日，伟德BETVLCTOR1946杨若林教授团队在三维基因组与进化遗传学交叉领域取得新进展。相关研究以“Interchromosomal Colocalization with Parental Genes Is Linked to the Function and Evolution of Mammalian Retrocopies”为题发表在分子进化生物学知名期刊《Molecular Biology and Evolution》上。青年教师晏瑜斌博士为该论文的第一作者，杨若林教授为论文的通讯作者。课题组已毕业硕士研究生田玉寒和已毕业博士研究生武泽峰为论文内容作出了重要贡献，在读硕士生张坤领参与了部分数据分析工作。

基因重复（gene duplication）是新基因产生的主要方式之一，也是适应性进化和表型创新的重要力量。逆转录转座基因拷贝（retrotransposed gene copies,简称为retrocopies）是通过逆转录转座子将其他基因的mRNA逆转录成DNA再插入基因组中所形成的基因重复。由于在逆转录转座过程中，基因丢失了内含子及启动子等顺式调控元件，因此retrocopies长期以来被认为是没有功能的假基因。但近期的研究表明许多retrocopies在细胞内活跃表达，甚至有一部分能翻译具有重要功能的蛋白质。被剥夺了顺式调控元件的retrocopies如何“复活”成有功能的基因是进化生物学中的重要问题。

此前的研究表明retrocopies插入的局部基因组环境（如GC含量、是否在现有基因附近等）与其功能的获得相关，但忽视了retrocopies所处的三维基因组环境。杨若林教授团队综合分析了人、小鼠等七种哺乳动物基于测序（Hi-C、SPRITE）和基于显微图像（MERFISH、seqFISH+）的高分辨率染色质互作，发现哺乳动物中retrocopies和它们的亲本基因之间展示出显著的染色体间互作/共定位。人细胞系中retrocopies和亲本基因的共定位倾向于发生在活跃的A1和A2亚区室（subcompartments），并且共定位的retrocopies和亲本基因离核斑（nuclear speckles）的空间距离较近。此外，在人和小鼠中的分析表明与亲本基因存在共定位的retrocopies具有更高的RNA表达水平、更活跃的表观修饰状态、更大的多肽翻译潜能以及更强的跨物种保守性，暗示retrocopies与亲本基因在细胞核中的空间互作与它们重新获得功能有关。最后，团队通过对人类群体中存在多态性的retrocopies，即retroCNVs进行群体遗传分析，发现retrocopies在三维基因组中的分布模式可能与转座偏好及插入位点的群体遗传环境相关。具体来说，与亲本基因共定位的retroCNVs所处基因组区域具有更小的局部有效群体大小，使得弱有害的retroCNVs更容易发生非适应性的固定。

总的来说，该研究表明retrocopies与亲本基因的三维空间共定位为它们的“复活”提供了有利的表观基因组环境。该研究也为其他基因组中性区域如何演化成有功能的调控元件或基因提供新的思路。需要注意的是，此前杨若林教授团队发现存在空间互作的DNA大片段具有相似的突变率和进化速率（Yan et al. 2020. Molecular Biology and Evolution）。这些研究共同表明三维染色质构型对基因组的进化具有重要的影响。

该研究受到西北农林科技大学科研启动基金（Z111021404）和***计划（A289021612）的支持。

原文链接：https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msad265/7462189

编辑：黄海瀛

终审：王   存