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真核生物染色质在核内具有高级结构,除了将基因组DNA装配并压缩,染色质结构具有调节基因表达的功能,且呈动态变化,随细胞状态、类型不同而不同。Hi-C技术能够在全基因组范围捕获染色质相互作用信息。本论文重点关注:1,分析染色质多重相互作用特征及在分化中的变化,即分析染色质多个部分(n≥3)相互作用(靠近)的特征及其在不同类型细胞中的变化。2,染色质相互作用可视化,即基于Hi-C信息,通过一定算法,直观地展示染色质在核内的分布和相互作用情形。3,理解染色质多重相互作用及染色质结构动态的生物学意义。利用人类胚胎干细胞及四种分化细胞的Hi-C数据,通过Hi-C Reads的位置信息,识别出染色质多重相互作用位点,并通过深度优先遍历算法构建染色质相互作用网络。发现:染色质多重相互作用位点约占所有相互作用位点数目的30%,存在局部富集效应,干细胞具有更多的多重相互作用位点,分化中多重作用数量变少;染色质相互作用网络呈现大量星型结构,在不同细胞系间局部集中程度存在差异,但整体集中程度相近;染色质相互作用关联的基因,在干细胞与分化细胞间有70%～80%相同,这些共同的基因表达活跃。总之,在细胞分化过程中,染色质多重相互作用局部变化较多,整体框架稳定。基于干细胞及分化细胞的Hi-C数据,利用多维标度分析(Multi-dimensional Scaling,MDS)算法,构建了染色质三维结构模型及染色质空间结构可视化方法,并结合基因表达信息与表观遗传信息对结构特征进行了分析。结果表明:论文的模型可以基于Hi-C信息,直观地展示染色质的空间相互作用情况。在不同类型细胞间,染色质相邻位点间平均距离变化剧烈,而方向角变化稍小,说明染色质动态更多涉及平动,而非旋转和扭曲。干细胞与分化细胞有50%以上的染色质结构保守(r>0.8),保守区域线性位置相对固定。表观遗传修饰偏向于分布在结构上不保守且紧密靠近的染色质区域。以上表明,分化有关的染色质变化主要以距离的平移为主,且涉及表观遗传修饰。论文通过分析染色质多重相互作用,构建染色质作用可视化模型,建立了基于Hi-C的染色质动态分析方法,研究了分化中的染色质结构特征,结果暗示:染色质多重作用比例多,分化中减少;染色质动态以平动为主,主要发生在紧密作用区域,与表遗传修饰关联。论文的方法和结果为理解染色质结构及其变化提供了线索。