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武漢植物園解析蓮屬植物種間雜交后代基因超親表達(dá)的遺傳基礎(chǔ)
雜交是植物物種進(jìn)化的重要驅(qū)動(dòng)力，但它既能通過組合不同親本的性狀產(chǎn)生超越親本的優(yōu)良或適應(yīng)性性狀(雜交優(yōu)勢(shì))，也可能因基因組不兼容導(dǎo)致雜交后代不育或衰敗(雜交劣勢(shì))。這一現(xiàn)象背后的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制是超親基因表達(dá)，即雜交后代中某些基因的表達(dá)水平顯著高于或低于其任一親本。然而，不同親本物種間不同順式(cis-)和反式(trans-)調(diào)控變異及其相互作用如何共同影響雜交后代中基因表達(dá)的新穎性，目前尚不明確。為解密這一復(fù)雜的遺傳架構(gòu)，武漢植物園研究人員對(duì)蓮屬植物(Nelumbo)的雜交群體展開研究。
研究通過表達(dá)數(shù)量性狀位點(diǎn)(eQTL)作圖分析發(fā)現(xiàn)，在蓮屬植物雜交后代群體中，反式調(diào)控變異(trans-eQTL) 是引發(fā)超親表達(dá)的主要力量(圖1)。研究共識(shí)別出超過15萬個(gè)trans-eQTL，其調(diào)控效應(yīng)顯著強(qiáng)于順式調(diào)控變異(cis-eQTL)。尤其重要的是，這些trans-eQTL富集于C2H2、MYB等轉(zhuǎn)錄因子家族，它們?cè)陔s交后代基因組發(fā)生重組的BC1F2代中，能更有效地驅(qū)動(dòng)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重連，從而導(dǎo)致更大范圍的超親表達(dá)。該研究此外揭示了超親表達(dá)對(duì)蓮的苯基異喹啉生物堿(BIA) 生物合成途徑的影響，也為藥用分子育種提供了寶貴的遺傳靶點(diǎn)。對(duì)雜交如何塑造基因表達(dá)和表型變異的理解為研究物種形成與適應(yīng)性進(jìn)化提供了重要視角。
該研究以“eQTL Analysis Elucidates the Genetic Basis Underlying Transgressive Gene Expression inNelumboHybrids”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Molecular Ecology》上。中國科學(xué)院武漢植物園特別研究助理高志妍為第一作者，石濤研究員為通訊作者。陳進(jìn)明研究員參與研究。相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(32170240)等資助。
圖1. 蓮屬植物雜交群體中順式和反式表達(dá)數(shù)量性狀位點(diǎn)(eQTL)的鑒定。
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