基因组的三维结构对于细胞核内生物学过程的精确执行至关重要,拓扑结构域(topologically associating domains,TADs)作为真核生物基因组折叠的基本元件,为基因组复制和转录调控乃至基因组的稳定性等重要生物学过程提供了结构基础。虽然在哺乳动物中发现,绝缘子蛋白CTCF及其共定位的粘附蛋白cohesin在TAD的形成过程中发挥了重要功能,而较为低等的真核生物,如果蝇,并未发现TAD的边界有这两种蛋白的富集。到目前为止,人们并不清楚这种区别是否源于低等真核生物采用了与哺乳动物细胞完全不同的机制来构建结构相似的TAD。如果这一猜想是正确的,那么就意味着这些低等模式生物在染色体结构与调控等核心生物学过程的研究中,有相当的局限性。因此,这样问题的澄清与解决不但对低等生物细胞染色质结构的研究意义重大,同时也为这些模式系统的应用提供了关键论据。为了深入探索上述问题的答案,在本论文中,我们利用原位(in situ)高通量染色体构象捕获技术(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)构建了黑腹果蝇(Drosophila.melanogaster)细胞株S2R+的高分辨全基因组空间作用图谱。以迄今为止最高的分辨率,揭示了果蝇基因组三维结构的基本特征。首先,基于单个酶切片段长度确定的分辨率(中位值~200bp),我们共注释出4000多个TAD,其数目约为目前文献中确认的TAD的7倍。第二,我们发现,这些TAD的边界,绝大多数都有绝缘子蛋白复合物BEAF-32/CP190或者BEAF-32/Chromator的存在,而同源的dCTCF/cohesin却没有明显的富集。果蝇中TAD的形成方式与哺乳动物细胞高度相似,只是以BEAF-32/CP190和BEAF-32/Chromator复合物取代了CTCF/cohesin的功能。第三,我们首次发现,之前认为并无结构的TAD间区域(inter-TAD regions)实际上也存在着连续的TAD结构,而之前定义的富含非活性染色质表观遗传修饰的TAD实际上是由多个更小的TAD通过相互作用而组成的高阶结构。相对开放的染色质和非活性的染色质TAD内部三维折叠的密度无明显区别。这些结果表明,染色质状态是制约TAD与TAD之间的相互作用,即染色质折叠的重要因素。通过对公共数据GM12878的Hi-C数据重新分析,我们进一步证明,基因组全部折叠成连续的由绝缘子蛋白划分的TAD在哺乳动物细胞中也是普遍存在的。综上所述,我们的研究证明,真核生物基因组空间折叠的基本特征在果蝇和哺乳动物中具有很好的保守性。因此,对低等真核生物染色质的结构研究将深化人们对细胞核中各种空间关系与功能的理解。为了证实果蝇和哺乳动物细胞空间折叠基本特征的保守性及其动态变化,我们以人外周血单核细胞向巨噬细胞的分化过程中为模型,利用原位Hi-C技术,分别构建了两种细胞的染色质空间相互作用图谱比较其在分化过程中的变化。初步结果表明,单核细胞向巨噬细胞分化的过程中,即使在基因表达有明确变化的情况下,大部分的TAD位置仍然保持不变。同时,在细胞特异性的TAD边界也发现了特异性绝缘子蛋白的对应。这些结果与果蝇细胞中的所获得的结论一致,从而进一步证实了上述结果的普遍意义。