在国家自然科学基金项目（批准号：32125009、32430017）等资助下，西安交通大学叶凯团队在基因组三维结构演化领域取得新进展。研究团队创建了染色质长距离互作捕捉计算方法和跨物种分析手段，首次勾勒出生物基因组高阶结构的演化版图，揭示了两类核心染色体层级高阶架构（全局折叠和棋盘格局），为理解物种复杂性演化提供了新视角。相关成果以 “千种物种揭示基因组高阶结构演化（The evolution of high-order genome architecture revealed from 1,000 species）”为题，于2026年4月21日在线发表于《细胞》（Cell）杂志上。论文链接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00343-0。

图 三维基因组结构演化规律：动植物演化路径分化及人类早期胚胎发育中基因组折叠构架转换

　　基因组的三维空间结构是生命信息有序排布与精准表达的物理基础。然而，在从单细胞到多细胞的演化过程中，基因组三维结构如何演变并推动生命复杂性的涌现，长期受限于跨物种的分析手段。针对这一挑战，叶凯与孟德宇团队通过自主研发的染色质长距离互作捕捉计算方法与跨物种定量比较方案，明确定义了“全局折叠”与“棋盘格局”这两类核心高阶架构。

　　研究发现，随着生命复杂性的增加，反映基因组空间区室化程度的“棋盘格局”显著增强，揭示了三维基因组折叠与生命复杂性涌现之间的内在联系。研究进一步阐明了动植物迥异的演化路径：植物倾向于强化“全局折叠”，而动物则演化出日益复杂的“棋盘格局”，以支持其细胞的高度分化与功能特化。这一跨越物种的宏观规律，在人类胚胎早期发育过程中得到了微观印证——其三维基因组折叠经历了一个从强“全局折叠”向强“棋盘格局”的关键架构转换，且这一转换与细胞从全能性向功能特异性分化的关键时期同步。

　　该研究的成功得益于“知识-数据双驱动”的研究范式及多学科深度交叉。叶凯教授团队提出的“序列图像化”思想，将复杂的基因组序列建模问题，通过升维转换到图像空间进行求解；孟德宇教授团队则构建了一套基于稀疏表示和双层优化的数学模型，从高噪声、强异质性的跨物种数据中，精准提取出稳健的演化信号。两者结合，为人工智能驱动的生命科学发现提供了坚实的方法论支撑。