泛三维基因组是指通过Hi-C技术与泛基因组或重测序研究技术结合，在考虑基因组序列、基因结构及其调控元件的同时，对基因组序列在细胞核内的三维空间结构与结构变异和基因家族功能研究相结合, 实现对物种基因组的遗传机制和生物功能的深入挖掘。2023年6月，四川农业大学李明洲团队与中科院北京基因组研究所（国家生物信息中心）张治华团队合作在Nature Communications发表了题为“Dynamic chromatin architecture of the porcine adipose tissues with weight gain and loss”的研究论文。该研究通过泛三维基因组技术系统地解析了猪在高脂日粮诱导增重与能量限制诱导减重过程中不同部位脂肪组织的转录调控特征，结果为深入解析猪脂肪性状形成的分子机理，并为下一步分子育种的开展提供了重要基础数据和理论支撑。诺禾致源在2014年与四川农业大学动科院组成Hi-C技术校企研发团队，并在该研究中提供了Hi-C部分技术服务。该研究通过高脂日粮和能量限制的方式成功建立了猪的增重和减重模型，针对收集的68头母猪三个营养条件组（正常低脂组NC，高脂增重组WG，高脂减重组WL）249个不同解剖学部位的脂肪组织，利用泛三维基因组技术，包括Hi-C图谱，联合ChIP-seq，RNA-seq技术和比较基因组学手段，系统揭示了脂肪组织三维空间构象动态改变及其介导的基因转录调控，并评估了脂肪组织的启动子-增强子在人和猪之间的保守性和特异性，探索了这些调控元件与互作的改变是物种特异性脂肪表型产生的潜在机制。

图1 猪增重和减重过程中的脂肪组织、转录组和染色质结构变化

研究结果

1.猪不同脂肪组织间的三维结构变化

不论是染色质三维结构还是基因转录，都呈现出不同脂肪组织优先区分的聚类模式（图1g-i），与膳食诱导的改变无关，表明了不同脂肪组织间固有的功能和代谢差异。基于A/B compartment和TAD边界频率的一致性计算，发现不同的组织间和营养水平基本类似，分别有1.31%和0.29%基因组区段存在A/B compartment差异（图2a-b），1.01%和0.18%基因组区段存在TAD边界频率差异（图2c-d）。

共有TAD的边界更容易富集CTCF结合位点、转座元件TEs以及基本功能基因，并且比不同脂肪组织间的差异TAD边界显示出更强的绝缘效果。而这些差异TAD可能引起了基因启动子与调控元件间不同的相互作用，进而影响了基因表达，如背部皮下脂肪ULB中特定存在的TAD边界引起了成脂相关基因EN1高表达（图2i），大网膜脂肪GOM中特定缺失的TAD则促进了促炎基因TCF21高表达（图2j）。

图2 猪不同脂肪组织的A/B compartment和TAD的群体差异

2.猪不同脂肪组织间的远端增强子-启动子互作PEIs

PEIs（远端增强子-启动子互作）倾向于分布在TADs内部或者CTCF介导的loops中。为了得到PEIs对转录差异产生的贡献，研究者计算了每个启动子的表达潜力值（RPS）（图3b），并通过分析H3K27ac标记的分布来进一步衡量增强子活性。研究发现，内脏脂肪组织的炎症相关基因，如TGM2（图3e），其PRS更高，具有更多且空间距离更接近的增强子互作，比皮下脂肪组织一般具有更强的增强子活性。

脂肪沉积动态过程中，有105个基因产生了RPS和转录水平的共同改变，这些基因与促炎等代谢风险密切相关。在高脂增重组WG中具有高PRS和表达的23个已知炎症基因，有15个（约65%）在减重后WL组仍保持较高的RPS和表达水平（图3h-i），暗示了猪部分炎症相关基因存在典型的“肥胖记忆效应”，即使体重减轻后仍然保持其炎症状态（即使减肥/减重成功，但基因表达仍保留了肥胖时的高水平，并未恢复到正常水平）。

图3 猪增重和减重过程中的炎症基因RPS和转录水平变化

3.人类和猪脂肪组织的增强子调控比较

接下来，研究者系统比较了人类和猪在正常条件下四个脂肪组织的PEIs差异。通过RPS、表达水平和局部空间互作分析，发现人类中大网膜脂肪和皮下脂肪间差异较大，腹腔脂肪更接近皮下脂肪，与在猪模型中发现的相似。同时，与两个物种间共有的单拷贝同源基因互作的增强子的保守性更强，显著高于与多拷贝同源基因互作的或者与人类特有基因互作的（图4d）。通过调控元件保守性分析进一步揭示了负责肥胖表型的基因调控回路的相似性，也识别了支持脂肪组织分化的物种特异性基因集中的非保守因素，为发现人类和猪中与肥胖相关的调控元件提供了丰富的数据工具。

 图4 人类和猪不同脂肪组织的增强子调控比较

2014年，诺禾致源Hi-C产品正式推出，项目经验（动植物、微生物）累计数十种；项目文章累计影响因子360+。具体项目经验展示如下：

为了满足Hi-C领域日益增长的个性化需求，大力投入Hi-C技术的研发，数年来不仅积累了丰富的项目经验和研发成果，并取得了多项技术专利，在动植物细胞发育调控机理、基因组组装、作物育种、进化规律解析等多个领域均作出重要贡献；提供Hi-C建库测序和多样化分析内容，涵盖互作图谱构建、3D互作图谱构建（三维结构重构）、TAD和loop分析、泛三维基因组图谱分析、单倍型分析等。