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，武漢植物園陳進明研究團隊在植物學經(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)來影響基因表達變化，進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分化從而形成種間花器官表型差異的作用機制研究方面甚少，了解以下三個具體問題將有助于我們理解植物順反式調(diào)控變異對表型分化的作用機制：(1)順反式調(diào)控變異對種間基因差異表達的相對貢獻是否一樣?(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強度(特別體現(xiàn)在基因表達模式、復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)?
針對上述三個問題，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代的花瓣為研究對象，利用重測序和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的SNP標記進行等位基因特異性表達分析，結(jié)合高效液相色譜儀對花青素或類胡蘿卜素含量的測定，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的基因具有相對較高的相關(guān)性，同時與種間差異表達基因中美洲黃蓮的高表達更相關(guān);(2)在花色含量相關(guān)的加權(quán)共表達網(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，而受順反式補償(Cis-Trans compensating regulatory variants)或完全補償調(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廣譜性和表達水平，并更容易在蓮的全基因組復制事件后保留，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，如受順反式補償調(diào)控的ACT基因和受順反式增強調(diào)控的GSTF11基因在蓮中顯著高表達，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，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科組高志妍博士為第一作者，美國藝術(shù)與科學院院士(杜克大學)Mark D. Rausher教授、武漢植物園陳進明研究員和石濤副研究員為共同通訊作者。相關(guān)研究得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(XDB31000000)、國家自然科學基金項目(32170240，31870208，31870208)、中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目(2019335)和武漢市園林科學研究院項目(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空間，阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者，服務(wù)對象為注冊用戶。該項服務(wù)免費，阿酷公司不向注冊用戶收取任何費用。 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)保護條例》。如有侵權(quán)行為，請權(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。 |