新しい3Dゲノムマッピング技術、植物の光合成調節機構に光を当てる(New 3D Genome Mapping Technology Sheds Light on How Plants Regulate Photosynthesis)

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2025-05-30 中国科学院(CAS)

新しい3Dゲノムマッピング技術、植物の光合成調節機構に光を当てる(New 3D Genome Mapping Technology Sheds Light on How Plants Regulate Photosynthesis)
Schematic overview of the TAC-C technology and patterns of long-range chromatin interactions revealed by TAC-C. (Image by IGDB)

中国科学院遺伝・発育生物学研究所とBGI研究所の共同研究チームは、植物の光合成遺伝子の発現制御における三次元(3D)ゲノム構造の役割を解明する新技術「TAC-C(Transposase-Accessible Chromosome Conformation Capture)」を開発しました。この技術は、従来のHi-C法とATAC-seqを統合し、開いたクロマチン領域における高解像度の相互作用マップを低コストで作成可能とします。研究では、主要作物4種の3Dクロマチン構造を解析し、遺伝子発現が高く、変異が少ない「アンカー領域」がQTLやeQTLと重なり、遠隔調節因子と標的遺伝子を結びつけていることを示しました。特に六倍体コムギでは、A、B、Dの各サブゲノム間でクロマチン相互作用の非対称性が観察され、SBP転写因子が光合成関連遺伝子の発現に重要な役割を果たすことが明らかになりました。この成果は、作物の育種や遺伝子制御メカニズムの理解に新たな視点を提供します。

<関連情報>

TAC-Cによる農作物のオープンクロマチン相互作用とSPLを介した光合成制御機構の解明 TAC-C uncovers open chromatin interaction in crops and SPL-mediated photosynthesis regulation

Jingmin Kang, Zhaoheng Zhang, Xuelei Lin, Fuyan Liu, […] , and Jun Xiao
Science Advances  Published:30 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adu6565

Abstract

Cis-regulatory elements (CREs) direct precise gene expression for development and environmental response, yet their spatial organization in crops is largely unknown. We introduce transposase-accessible chromosome conformation capture (TAC-C), a method integrating ATAC-seq and Hi-C to capture fine-scale chromatin interactions in four major crops: rice, sorghum, maize, and wheat. TAC-C reveals a strong association between chromatin interaction frequency and gene expression, particularly emphasizing the conserved roles of chromatin interaction hub anchors and hub genes across crop species. Integrating chromatin structure with population genetics data highlights that chromatin loops connect distal regulatory elements to phenotypic variation. In addition, asymmetrical open chromatin interactions among subgenomes, driven by transposon insertions and sequence variations, contribute to biased homoeolog expression. Furthermore, TaSPL7/15 regulate photosynthesis-related genes through chromatin interactions, with enhanced photosynthetic efficiency and starch content in Taspl7&15 mutant. TAC-C provides insights into the spatial organization of regulatory elements in crops, especially for SPL-mediated photosynthesis regulation in wheat.

細胞遺伝子工学
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