m.quanpro.cn
武漢植物園揭示蓮屬植物種間花色分化的基因順反式調(diào)控變異規(guī)律
近期，武漢植物園陳進(jìn)明研究團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)經(jīng)典期刊 Plant Physiology 上發(fā)表了關(guān)于種間順反式調(diào)控變異如何作用于蓮屬植物花色分化的研究論文。
順、反式調(diào)控變異(cis- and trans- regulatory variants)分別通過改變基因周圍的調(diào)控區(qū)域(如啟動(dòng)子)或與其作用的反式作用因子(如轉(zhuǎn)錄因子)來影響基因表達(dá)變化，進(jìn)而參與物種演化過程中表型多樣性的形成。然而在植物近緣種分化過程中，全基因組水平順反式調(diào)控變異是如何影響基因表達(dá)分化從而形成種間花器官表型差異的作用機(jī)制研究方面甚少，了解以下三個(gè)具體問題將有助于我們理解植物順反式調(diào)控變異對(duì)表型分化的作用機(jī)制：(1)順反式調(diào)控變異對(duì)種間基因差異表達(dá)的相對(duì)貢獻(xiàn)是否一樣?(2)受不同類別的順反式調(diào)控變異作用的基因在雜交F1代中的表達(dá)模式是否具有特定的遺傳方式(包括加性、顯性或超親性遺傳)?(3)順反式調(diào)控變異的類別與基因多效性約束的相對(duì)強(qiáng)度(特別體現(xiàn)在基因表達(dá)模式、復(fù)制事件以及基因功能方面的多效性約束)是否存在著關(guān)聯(lián)?
針對(duì)上述三個(gè)問題，本研究以蓮屬植物中花色上發(fā)生顯著表型分化的蓮 Nelumbo nucifera (紅色花)和美洲黃蓮 N. lutea (黃色花)以及兩者的雜交F1代的花瓣為研究對(duì)象，利用重測(cè)序和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的SNP標(biāo)記進(jìn)行等位基因特異性表達(dá)分析，結(jié)合高效液相色譜儀對(duì)花青素或類胡蘿卜素含量的測(cè)定，來探究蓮屬植物兩物種間花色分化的順反式調(diào)控變異相關(guān)問題，著重關(guān)注順反式調(diào)控變異對(duì)花色合成代謝通路中關(guān)鍵基因的調(diào)控作用。主要研究結(jié)果如下：(1)反式調(diào)控變異與蓮屬植物物種間花瓣組織中差異表達(dá)的基因具有相對(duì)較高的相關(guān)性，同時(shí)與種間差異表達(dá)基因中美洲黃蓮的高表達(dá)更相關(guān);(2)在花色含量相關(guān)的加權(quán)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的連通性高的基因(hub genes)更易受發(fā)生反式調(diào)控變異，從而參與色素基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的種間分化;(3)不同類別受順反式調(diào)控變異的基因在雜交F1代中傾向于特定的基因表達(dá)遺傳方式，具體包括受僅順式調(diào)控變異或僅反式調(diào)控變異的基因在雜交F1代中分別傾向于加性遺傳或顯性遺傳方式，而受順反式補(bǔ)償(Cis-Trans compensating regulatory variants)或完全補(bǔ)償調(diào)控(Cis-Tran scompensatory regulatory variants)的基因則顯著富集于超親遺傳方式;(4)在基因多效性約束的不同方面，受僅反式調(diào)控的基因具有更高的表達(dá)廣譜性和表達(dá)水平，并更容易在蓮的全基因組復(fù)制事件后保留，并受到更高的清除性選擇壓力作用;(5)在與花色含量顯著相關(guān)的加權(quán)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的高連通性基因(hub genes)中有大量的已知花青素、類胡蘿卜素通路關(guān)鍵基因，如受順反式補(bǔ)償調(diào)控的ACT基因和受順反式增強(qiáng)調(diào)控的GSTF11基因在蓮中顯著高表達(dá)，而受僅順式調(diào)控變異的LCYE基因在美洲黃蓮中顯著高表達(dá)，表明了兩類花色素關(guān)鍵酶類基因的種間順反式調(diào)控變異影響了花色素積累的表達(dá)分化。
研究成果以“Expression inheritance and constraints on cis- and trans- regulatory mutations underlying lotus color divergence”為題發(fā)表在Plant Physiology上。武漢植物園水生植物生物地理學(xué)科組高志妍博士為第一作者，美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士(杜克大學(xué))Mark D. Rausher教授、武漢植物園陳進(jìn)明研究員和石濤副研究員為共同通訊作者。相關(guān)研究得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB31000000)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32170240，31870208，31870208)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目(2019335)和武漢市園林科學(xué)研究院項(xiàng)目(WHGF2019A10)等資助。
圖1 蓮、美洲黃蓮的種間不同順反式調(diào)控變異類型占比
圖2 不同類別的順反式調(diào)控變異與特定的遺傳模式的關(guān)系
| 版權(quán)聲明： 1.依據(jù)《服務(wù)條款》，本網(wǎng)頁發(fā)布的原創(chuàng)作品，版權(quán)歸發(fā)布者（即注冊(cè)用戶）所有；本網(wǎng)頁發(fā)布的轉(zhuǎn)載作品，由發(fā)布者按照互聯(lián)網(wǎng)精神進(jìn)行分享，遵守相關(guān)法律法規(guī)，無商業(yè)獲利行為，無版權(quán)糾紛。 2.本網(wǎng)頁是第三方信息存儲(chǔ)空間，阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者，服務(wù)對(duì)象為注冊(cè)用戶。該項(xiàng)服務(wù)免費(fèi)，阿酷公司不向注冊(cè)用戶收取任何費(fèi)用。 名稱：阿酷（北京）科技發(fā)展有限公司 聯(lián)系人：李女士，QQ468780427 網(wǎng)絡(luò)地址：www.arkoo.com 3.本網(wǎng)頁參與各方的所有行為，完全遵守《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》。如有侵權(quán)行為，請(qǐng)權(quán)利人通知阿酷公司，阿酷公司將根據(jù)本條例第二十二條規(guī)定刪除侵權(quán)作品。 |