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从一维到三维：中国仓鼠基因组组装及三维调控枢纽研究

三维基因组；基因组组装；调控枢纽；中国仓鼠

中国仓鼠（Cricetulus griseus）及其衍生的CHO细胞系是生物制药生产的基石。然而，缺乏高质量的参考基因组和高分辨率的3D基因组图谱限制了我们对其基因组稳定性和转录控制的调控原理的理解。在这里，我们通过整合长读测序和Hi-C脚手架，展示了中国仓鼠基因组（CriGri_PUMC，约2.7 Gb）的染色体尺度组装。该组装实现了89 Mb的连续N50，比现有版本提高了32倍，并组装了147.24 Mb先前未知的区域，其中包含1,611个功能基因。通过整合多组学数据，我们对CHO细胞的表观遗传景观进行了表征，鉴定出191,371个增强子样和87,816个启动子样候选顺式调控元件。我们为CHO细胞建立了第一个5 kb分辨率的3D基因组图谱，揭示了嵌套拓扑相关结构域的分层组织。值得注意的是，我们确定了“3D基因组中心”-以高密度染色质环和多向相互作用为特征的复杂位点。通过表观遗传扰动实验，我们证明这些中心内的基因对远端调控中断表现出显著的转录稳健性，这表明三维基因组结构冗余可以作为维持转录稳态的缓冲机制。这种多维资源为CHO细胞系的合理工程和合成生物基因线路的设计提供了基本框架。