再获突破!河南农业大学殷冬梅教授团队发布人已用上北斗“导航”

2021-11-23 09:04:26 文章来源:网络

大河网讯(记者 臧小景 通讯员 陈玺 张幸果)近日,河南农业大学殷冬梅教授团队首次绘制了花生三维基因组(Three-dimensional (3D) chromatin organization)图谱,综合Hi-C、ATAC-seq、多组织表达谱联合分析和3C等实验揭示了染色质空间结构特征及其对花生株型的影响,在国际基因组学顶级期刊《Genome Biology》(5Y IF 17.433)发表了题为“Chromatin spatial organization of wild type and mutant peanuts reveals high-resolution genomic architecture and interaction alterations”的研究论文。

这项研究拓展了人们对花生3D基因组与基因调控之间关系的理解,促进了花生功能基因组学研究,为开展花生遗传改良和种质创制提供了重要的理论创新与技术支撑。

这是继2018年全球首次发布高质量野生异源四倍体花生基因组、2019年成功破译了处于重要驯化位置的唯一的异源四倍体野生花生A.monticola(2n = 4x=40)后,河南农业大学殷冬梅教授团队的再次突破。

一粒花生的每条染色体包含有70到150兆的碱基对,它们是如何紧密折叠在直径为10微米小的细胞核内呢,而且还要在极度压缩的情况下,精确地调控数量庞大的调控元件去表达56000多个基因?不同于传统二维视角下直线型的DNA,花生的三维基因组图谱就像20多条藤蔓在大自然的造化下立体、复杂又精密地组合在一起,对花生的基因进行表达和调控。

栽培花生(AABB, 2n=4x=40)是由两个野生二倍体杂交形成的异源四倍体,其高度同源的A和B亚基因组极大增加了花生基因调控的复杂性。该研究绘制了矮秆突变体及其野生型的三维基因组图谱,发现花生的染色质结构存在大量的A/B区室(A/B compartment)、拓扑结构域(TADs)和广泛的染色质相互作用。花生大部分染色体臂(52.3%)存在基因密度高、转录水平高的活性区(A区),突变体中有2.0%的B区室转换为活性区。突变体A亚基因组和B亚基因组的顺式互作数分别为11493和16058,具有更多特异性的顺式相互作用,主要富集在Chr.03、Chr.14和chr.15等染色体上。

在花生3D图谱中,野生型和突变体共鉴定有6700多个TADs,特异性TADs边界对生物功能至关重要,花生TAD边界区基因表达水平和基因密度高、 GC含量较低,具有多个序列Motif(HMG和ARF-2)。通过ATAC-seq技术在全基因范围内检测突变体和野生型的染色质开放性变化,鉴定得到1805个差异显著的peaks。研究发现突变体中由于顺式元件之间的相互作用形成了一个新的TAD,该染色质空间结构的变化使得远离目标基因的调控元件AP2EREBP-binding motif接近其目标基因GA2ox gene,促进其转录,降低活性GA含量,最终导致植株矮化表型。该研究首次提供了花生基因组三维结构和染色质可及性的全基因组特征,为理解植物染色质组织和基因调控之间的关系提供了新的思路。

河南农业大学殷冬梅教授、国际半干旱研究所Rajeev Varshney院士和美国农业部农业研究中心郭宝珠研究员为论文共同通讯作者;河南农业大学张幸果副教授、国际半干旱研究所Manish Pandey和佛罗里达大学王建平教授为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金-河南联合重点项目、中原基础研究领军人才和河南省产业技术体系岗位专家等项目资助。

殷冬梅教授领衔的河南农业大学花生功能基因组创新团队,主要从事花生种质资源创制与分子育种,基因组与功能基因挖掘,品质性状形成机制与调控等方面的研究。围绕花生品质和产量等重要科学问题开展工作,已在Advanced Science、Genome Biology、Gigascience、J.Proteome Res等国际著名期刊上发表了多篇学术性文章,取得多项原创性研究成果。在2019年的国际花生科学与技术大会上,殷冬梅教授作特邀报告并荣获AAGB杰出贡献奖,这也是国际花生组织最高荣誉。2020年,殷冬梅教授主持完成的“花生高产优质遗传基础解析与新品种研制及应用”获高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)科技进步奖一等奖,也是全国高校获得的首个花生一等奖。

来源:大河网

◎ 科技日报记者 俞慧友

说起“北斗导航”,大家都不陌生,毕竟这是一项举世闻名的当代先进技术,即便你可能未必完全明白“北斗”到底怎么“导航”的。

不过,今天小编并非要科普“北斗导航”,而是想聊聊早在两千年前,中国人就找得着“北”的事儿。

在考古界,湖南的“长沙马王堆”是鼎鼎大名的存在。与它关联且大家第一时间能想到的,就是千年不腐的西汉女尸传奇。其实不腐的何止女尸,还有三张现在仍陈列于湖南省博物馆的古地图。

1973年,公元前一六八年埋葬的前汉时代的马王堆三号墓中,出土了三幅绘制于丝帛上十分精美的地图——《驻军图》《长沙国南部地形图》和《城邑图》。据考证,三幅地图距今已有2100多年,它们不仅证明了西汉时期我国军事测绘已经较为成熟,其中的《驻军图》还是我国最早标有军事情况的地图,也是世界上迄今已发现的最早标有军事情况的地图。《长沙国南部地形图》对所绘内容的分类分级、符号设计、主区详邻区略等较为科学的制图原则,至今仍在沿用,是迄今为止发现最早、编制最准确的军事地图。

驻军图

地图尤其是军事地图,不是每个人都能看懂,但如果认真瞅瞅,至少大家还是能看出三幅地图的一个共同而突出的特征——它们的图示方位都清晰地标注着“上南下北、左东右西”。

别慌,你没看错,确实和咱们现在说的“上北下南,左西右东”相反。但重点不是这个,小编重点想说古人是怎么找得到“北”的。

据现有考古研究,古人绘制地图时区分南北,主要利用的是日光和“北斗”。地球自转轴向两侧无限延伸,其中一侧的延长线,就从天空中北斗七星中天璇星与天枢星连线的五倍延长线上的北极星附近经过。四季轮回、斗转星移,古人通过肉眼或专用测量工具“望筒”等,很早就发现了“北极星位置基本不变”的现象。研究还表明,汉代甚至汉以前的华夏先民,就已经有能力比较准确地测量地理信息。比如,先秦时期,古人运用“北斗”等星象与地理信息的对应关系判断方位。

到了汉代,人们对“北斗导航”认知则就更为普遍。根据《淮南子》中记载的“夫乘舟而惑者,不知东西,见斗极则寤矣”,就说明了古人的日常中,“北斗”判方向已是通识。

正是基于古人对“北斗导航”这类天文现象的长期观察和运用,以及规、矩、准、绳等工具的发明,让我国古代绘制的很多地图都具备较高的准确性。以《长沙国南部地形图》为例,地图虽未标明比例尺,但经测算,其主区比例尺约为1:180000,相当于汉代的一寸折十里。图上所绘河流骨架、流向及主要弯曲等均和现在地图大体相似,所绘山脉和山体轮廓、范围及走向也大体正确。地图东半部分的方位角误差,也仅3%左右。

长沙国南部地形图

西汉基于“北斗导航”等观测和计算的地图制作技术,此后也在不断传承和创新。到西晋,我国出现了成熟的地图理论与测绘方法,比如地理学家裴秀提出了分率、准望、道里、高下、方邪以及迂直的“制图六体”地图测量要素。这与现代地图中比例尺、方位、距离、地势起伏、倾斜角度以及河流道路的曲折等要素,已几近一致。

城邑图

今有先进“北斗导航”,古有“北斗”为依的地图测绘技术。未来,这些智慧的结晶,必会持续传承与创新,让人类测绘、导航等技术精度更为“精”益求“精”。

来源:科技日报 湖南省博物馆供图

编辑:张爽

审核:王小龙

终审:刘海英

来源:科技日报

上一篇:全球首张人类表型组“导航图”初步绘制,科择智能电视最看重“是否有开关机广告”

下一篇:最后一页
本站所刊登的各种资讯﹑信息和各种专题专栏资料,均为日喀则在线版权所有,未经协议授权禁止下载使用。

Copyright © 2000-2020 All Rights Reserved