基因组分析可以提供有关基因及其在DNA链上位置的信息，但这样的分析很少揭示它们在染色体内彼此之间的空间位置——这些高度复杂的三维结构保存着遗传信息。

染色体在显微镜图像中类似于模糊的“X”，可以携带数千个基因。它们是由DNA缠绕在组蛋白上形成的，这些蛋白质被进一步折叠成染色质，组成单个染色体。

知道哪些基因位于染色质内的空间邻近是很重要的，因为彼此接近的基因通常一起工作。

现在，伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员报告了一种计算技术，该技术利用热图数据对染色体的高度精细模型进行逆向工程。通过这项工作，研究人员发现了有关染色质折叠在基因之间产生的紧密空间关系的新信息，这些基因沿着DNA链彼此之间可能存在着很遥远的距离。

他们的发现发表在《Nature Communications》杂志上。

“染色质的折叠使彼此相距较远的基因变得非常接近。如果我们知道由于这种折叠，某些基因组在空间上是相邻的，这就告诉我们，它们很可能共同推动免疫系统的发展，甚至是更基本的发育或细胞分化过程，”文章通讯作者、生物工程教授Jie Liang说。“这对于更好地理解这些过程或开发预防或治疗癌症和其他疾病的新疗法非常重要。”

Liang和他的同事开发了一种方法，利用Hi-C过程中的信息对单个染色体的复杂结构进行逆向工程。Hi-C根据反映哪些基因在空间上最可能彼此接近的概率生成热图。这些热图可以提供关于染色体如何组织的近似三维信息，但是因为它们是基于来自多个细胞的遗传物质，这些热图代表了基因之间接近的平均可能性，而不是确切的位置。

Liang和同事研究了果蝇胚胎细胞染色体的Hi-C热图，这些细胞只有8条染色体。他们将热图与先进的计算方法结合起来，生成单个细胞染色体的极其详细的三维图。

“这是第一次，我们能够制作单细胞精确表示染色体内的遗传空间关系的模型，”Liang说。“有了这些模型，我们可以发现丰富的生物学模式，并回答一些基本的生物学问题，如染色体发生的三维结构变化导致干细胞发育成不同的组织，以及这些过程中的故障如何导致癌症等疾病。”

原文检索：High-resolution single-cell 3D-models of chromatin ensembles during Drosophila embryogenesis

（生物通：伍松）