Nature Genetics:異源四倍體陸地棉兩個亞基因組對纖維發育和品質形成的動態協同調控機制

2023年10月16日,來自華中農業大學Maojun Wang,Xianlong Zhang和Lili Tu共同合作在《自然—遺傳學》雜志上發表了標題為“Regulatory controls of duplicated gene expression during fiber development in allotetraploid cotton.”的重要工作進展。他們研究提出了異源四倍體棉花纖維發育過程中重復基因表達的調控動力學。解析了異源四倍體陸地棉兩個亞基因組對纖維發育和品質形成的動態協同調控機制,闡釋了亞基因組同源基因用于纖維品質改良的潛力,提出了基因組模塊化的優質棉設計育種構想,創新了多倍體性狀優勢形成的調控理論和育種理念。

 

據介紹,多倍體使轉錄調控復雜化,并增加生物體的表型多樣性。多倍體中的共同亞基因組之間基因表達的遺傳調控動力學仍有待了解。

 

棉花纖維發育相關的36個模塊及不同模塊在不同發育時期的貢獻

 

研究人員通過對376個基因組和2215個時間序列轉錄組的測序,記錄了異源四倍體棉纖維發育的遺傳調控。研究人員對1258個基因進行了表征,這些基因包括36個控制階段性纖維發育的遺傳模塊,并揭示了控制其相對于亞基因組重復基因(同源性)的分區表達的遺傳成分。只有大約30%的纖維品質相關同源性在品種中表現出表型上有利的等位基因聚集,這突出了亞基因組可加性在纖維改良中的潛力。研究人員設想了一種基因組育種策略,特別關注與纖維表型相關的48個有利等位基因,這些等位基因在馴化過程中經過純化選擇。

 

總之,這一工作描述了纖維發育過程中基因調控的動態,并強調了亞基因組協調支持多倍體植物表型的潛力。該研究闡明了亞基因組不對稱選擇的理論基礎是來自于亞基因組優異基因型的不對稱積累。其表現為性狀相關調控位點僅有一個亞基因組出現優異基因型,或者盡管都存在但未同時被育種選擇利用,從而導致亞基因組同源基因對性狀形成的遺傳貢獻潛力未能最大化發掘。通過構建調控網絡模塊,訓練模型對纖維品質進行預測,提出了亞基因組模塊化的性狀改良設計路線,為異源多倍體聚合重要調控模塊開展性狀設計育種提供了參考。

 

文章來源:

You, Jiaqi, Liu, Zhenping, Qi, Zhengyang, Ma, Yizan et al, Regulatory controls of duplicated gene expression during fiber development in allotetraploid cotton.DOI: 10.1038/s41588-023-01510-y. Nature Genetics:最新IF:41.307

 

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