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千人计划专家阮一骏教授和他的三维基因组学及ChIA-PET技术

浏览次数: 日期:2014年1月16日 15:05

  2014年1月15日,菲沙基因总经理陈东生及团队成员访问阮一骏教授位于美国康州大学 (University of Connecticut) 的基因组实验室。菲沙基因科研团队与阮一骏教授、李国亮教授科就共同推进 ChIA-PET 技术应用进行了深入的讨论。

菲沙基因总经理陈东生(右)与阮一骏教授

  人类基因组学从启动至今,经历了两次大的发展浪潮,发生了很大的变化。第一次基因组学发展浪潮以人类基因组计划为代表,从1990年开始,到2003年结束,完成了人类基因组的测序,定义了人类基因组中的主要基因及其线性结构,开启了基因组学时代(The Human Genome Project, 2013).第二次基因组学发展浪潮以人类基因组百科全书计划为代表,从2003年开始,对基因组DNA序列进行系统的解读和注释,发现了大量的未知基因序列和基因表达的调控元件(The ENCODE Project Consortium, 2012).

  在有了基因组序列和相关的基因注释以后,科学家们发现,这些离散的调控元件并不能有效地解释很多基因的调控结果和机制。当前一个迫切需要解决的问题是:基因组中的调控元件是如何相互作用,从而起到对基因表达的调控。要完整回答这个问题,我们必须从基因调控元件在细胞核中的三维空间结构着手。因此,正是经过了人类基因组计划和人类基因组百科全书这两次基因组学发展浪潮之后,我们可以期待三维基因组学将开启基因组学发展的第三次浪潮。阮一骏教授科研团队曾在《Nature》杂志上发表一项重要技术 ChIA-PET (Chromatin Interaction Analysis using Paired-End Tag sequencing),在国际学术届引起强烈反响。ChIA-PET 是利用 PET (paired-end tag) 测序技术研究免疫沉淀后邻近式连接的 DNA 片段,以得到染色质相互作用的技术。这项技术已经被证实能够与 ChIP (Chromatin Immunoprecipitation) 技术完美结合,用于全基因组范围内绘制转录因子结合位点以及位点之间相互作用的图谱,实现了对3D染色质结构壮观复杂性的重构。这项 DNA 图谱技术从三维结构上揭示了基因组中的基因如何在恰当的时间内相互影响。它能够应用于适合 ChIP 富集的任何对象,开启了鉴定相关染色质相互作用的无限可能性,这些相互作用构成了基因组动态结构的核心。

  近几年,ChIA-PET 在人类疾病基因组、鼠类基因组研究中开始大规模应用,在动植物、微生物领域的应用也已起步。这些研究产出了一批划时代的科研成果,为人类对抗疾病、提升农业生物技术水平提供更好的生物学基础,对保障人类健康、提高生活质量,具有重要的现实意义和价值。

  菲沙基因计划于美国建立实验室,进一步加快这项技术在人类基因组、模式动植物基因组以及微生物基因组等方面的应用推广,加速推动菲沙基因全球化的发展战略。

  参考文献:

  ·  Guoliang Li, Xiaoan Ruan, Raymond K. Auerbach, Michael Snyder, Yijun Ruan, et al. (2012). Extensive Promoter-Centered Chromatin Interactions Provide a Topological Basis for Transcription Regulation. Cell, 148(1-2):84-98·

  ·  Fullwood, M. J. et al. (2009). An oestrogen-receptor-alpha-bound human chromatin interactome. Nature, 5;462(7269):58-64.

  ·   Li G, Fullwood MJ, Xu H et al. (2010). ChIA-PET tool for comprehensive chromatin interaction analysis with paired-end tag sequencing. Genome Biol., 11(2):R22.

  ·   Zhang, J., Poh, H.M., Peh, S.Q., Sia, Y.Y., Li, G., Mulawadi, F.H., Goh, Y., Fullwood, M.J., Sung, W.K., Ruan, X., et al. (2012). ChIA-PET analysis of transcriptional chromatin interactions. Methods, 58(3):289-99.

  ·   Kieffer-Kwon, K.R., Tang, Z., Mathe, E., Qian, J., Sung, M.H., Li, G., Resch, W., Baek, S., Pruett, N., Grontved, L., et al. (2013). Interactome maps of mouse gene regulatory domains reveal basic principles of transcriptional regulation. Cell, 155(7):1507-20.

  ·   Zhang, Y., Wong, C.H., Birnbaum, R.Y., Li, G., Favaro, R., Ngan, C.Y., Lim, J., Tai, E., Poh, H.M., Wong, E., et al. (2013). Chromatin connectivity maps reveal dynamic promoter-enhancer long-range associations. Nature, 504(7479):306-10.

  ·   Ruan, Y. (2011). Genome-sequencing anniversary. Presenting the human genome: now in 3D!. Science, 331(6020):1025-6.

  ·   The ENCODE Project Consortium. (2012). An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature, 489(7414):57-74.

  ·   The Human Genome Project. (2013). What was the Human Genome Project? Retrieved Feb 10, 2014, from the Human Genome Project Information Archive website: http://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/index.shtml

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