近日，中国科学院植物研究所研究员张梅团队与合作者，通过绘制玉米三维基因组图谱揭示杂种优势潜在新机制。相关研究成果发表于《自然通讯》。

三维基因组是调控基因表达的重要空间结构，空间中染色质的折叠方式和接触方式决定着基因在何时、何地被激活。作物中不同自交系间普遍存在大量结构变异，这类变异如何影响三维基因组构象，并在杂交后代中重组、进而参与杂种优势形成，一直缺乏系统研究。

在这项研究中，研究人员利用H3K27ac/H3K4me3 HiChIP技术构建了玉米三维基因组图谱，系统解析了不同自交系及其杂交后代的染色质三维互作特征，并揭示了三维结构重组在杂种优势形成中的潜在作用机制。

研究人员发现，B73和Mo17两个自交系中存在大量各自特有的染色质远程相互作用，其特异性相互作用有很大一部分是由基因组结构变异所驱动的。当一个作为相互作用“锚点”的调控序列在一个自交系中缺失时，另一个“被释放”的“锚点”会寻找新的目标形成新的相互作用，从而可能改变附近基因的调控模式，这类似于在哺乳动物中发现的“增强子释放与重定向”现象。该研究首次在作物中证实了这一现象，并说明结构变异能够塑造植物基因组的三维调控网络。

研究人员还发现，在杂交种中，染色质互作不仅整合了双亲的互作模式，还出现了杂交种特有的新互作，许多互作在F1代中显著增强，并且与基因表达升高紧密相关。这表明杂交过程引发的三维结构重建可能促进关键基因的激活，从而为杂种优势的形成提供空间结构基础。来自父母本的同源染色体，可能在杂交种的体细胞中直接发生物理接触。等位基因之间的互动缺乏作物层面的证据，而该研究发现这种接触与基因表达上调高度一致，为理解等位基因如何在杂交后代中协同工作提供了新的空间维度解释。

研究人员进一步分析发现，杂交种中部分等位基因互作的获得或丢失，与附近基因的非加性表达模式密切对应，包括补偿性等位基因偏向表达等现象。这些结果表明，杂交后代中的染色质三维结构并非双亲特征的线性叠加，而是在活跃调控区域发生了广泛的重构，从空间层面推动了表达网络的重新塑造。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-65065-8