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摘要在个体发育以及细胞分化过程中，表观遗传学调控起着极其重要的作用。常见的表观遗传学调控包括DNA甲基化修饰、组蛋白修饰以及染色质空间构象改变等。这些表观遗传学的修饰通过调节目的基因表达水平进而影响细胞分化和个体发育，因而研究不同状态下的表观遗传学调控机制具有重要意义。本论文主要从以下两部分研究了个体发育以及重编程过程中的表观遗传学修饰。<br>　　本论文的第一部分，通过ChIP-seq、RNA-seq等组学技术研究了果蝇wing disc发育过程中组蛋白修饰以及转录因子结合对于靶基因表达水平的调控作用。以往的研究表明，逐级招募的Polycomb group(PcG)蛋白家族通过维持其靶基因(Pc+)上的H3K27me3修饰抑制其表达，从而发挥调控组织发育的功能。但在本文中发现，Pc对靶基因起何种作用不仅依赖于靶基因上由E(z)催化的H3K27me3修饰，同时取决于靶基因上由PR-Set7催化的H4K20me1修饰以及转录因子Br的结合。组学数据分析结果表明，Pc正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因集，同时反向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1-基因集。GO结果表明Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因集显著富集在果蝇wing disc发育相关的生物过程及信号通路。进一步分析发现，转录因子Br特异性结合Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因集而非Pc+H3K27me3+H4K20me1-基因集，且Pc、PR-Set7以及Br之间存在直接的物理相互作用，表明三者共同正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因的表达。Pc及H3K27me3在靶基因上结合的位置效应、有无H4K20me1修饰，以及Br的特异性结合可能是Pc选择正调控标的的关键因素。最终，提出了一个Pc正调控机制的可能模型，即Pc在E(z)催化靶基因上H3K27me3修饰后被招募至靶基因的TSS位点，随后招募PR-Set7并催化靶基因上的H4K20me1修饰，这个过程中Br可能协助了Pc与PR-Set7的结合，最后Pc、H3K27me3以及H4K20me1共同促进靶基因的转录表达。<br>　　本论文的第二部分，在分析比较了目前已发表的Hi-C数据分析工具的基础上开发了新的Hi-C数据分析软件hicMap以及hicMapTools，重点从效率提升和功能整合方面进行了创新和优化，相比于目前流行的Hi-C数据分析软件，我们的软件处理效率大为提高，高通量的Hi-C样本测试结果表明，hicMap的运行效率是hiclib包的10倍以及HiC-Pro的6倍左右，可以将其他软件一周左右的分析时间压缩至一天之内。此外，在hicMapTools中整合开发了大量的Hi-C数据高级分析的功能模块，如鉴定显著富集的相互作用区域以及相互作用类型注释、Hi-C A|B compartments计算及样本间状态转变比较、划分拓扑结构域(TADs)、整合其他优秀的Hi-C分析程序如ICE标准化模块等，以及常用的数据格式转换等功能。如实测结果显示，新开发的寻找拓扑结构域的算法相比于同类型算法效率提升万倍以上，将同类型软件耗时5.5小时的计算过程缩短至即时完成，且能找出更为精细和准确的拓扑结构域。总的来说，hicMap以及hicMapTools能够极大的提高Hi-C数据分析的效率，更有利于Hi-C技术的进一步推广应用。在此基础上，利用Hi-C技术研究了Yamanaka因子(Oct4，Sox2，Klf4以及c-Myc)诱导的重编程过程中MEF、pre-iPSCs、iPSCs三种状态下染色质结构的细微变化，同时结合ChIP-seq、RNA-seq等技术关注长距离启动子-增强子相互作用、拓扑结构域改变以及compartment转变对靶基因的表达调控作用。