研究揭示多倍體小麥亞基因組特異轉座子介導穗發育可塑性

　　普通小麥（Triticum aestivum，AABBDD）是經過兩次雜交事件形成的異源六倍體，融合了三個二倍體祖先不同的特性，具有強大的可塑性和環境適應能力，成為廣泛種植的主糧作物。從進化角度講，不同基因組的融合提供了豐富的原材料，促進多倍體的演化和表型可塑性，但具體分子機制尚不清楚。小麥亞基因組的分化，主要源于不同二倍體祖先種中發生特異的轉座子（TE）擴增。科研團隊前期結合高通量實驗和計算策略，發現了大量TE來源的遠端調控元件影響亞基因組轉錄調控的可塑性，但其對表型的影響并不清楚。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所薛勇彪研究組、復旦大學張一婧研究組、廣州大學董志誠研究組與中國科學院分子植物科學卓越創新中心Jungnam Cho研究組合作，揭示了小麥增強子類似元件能夠產生新生鏈RNA，且在預測增強子活性方面更加精確有效。該團隊開發了一套計算流程，利用CAGE-seq和多維表觀組數據檢測編碼和非編碼轉錄本的起始位置，發現了大量TE來源的非編碼新生鏈RNA主要位于LTR調控區，且具有活性調控元件的染色質特征。進一步通過亞基因組及多組織表達比較，該研究鑒定到一個亞基因組偏好擴增的TE家族具有明顯的組織特異性新生鏈RNA的表達。該家族在亞基因組A的二倍體祖先中發生特異性擴張。通過RNA干擾及過表達技術，該研究揭示這一TE家族成員的新生鏈RNA的異常表達，會導致小麥穗型的變化，且可能與小麥穗型的馴化相關（如圖）。由于TE來源的新生鏈RNA敲除，同時導致相應位置DNA甲基化，因此不能確定這一表型是TE調控元件的直接功能還是由新生鏈RNA介導，但該研究提示可以借助新生鏈RNA來預測調控元件的功能。這為龐大的小麥基因組中大量遠端調控元件功能鑒定提供了新思路，并為研究小麥大量轉座元件與多倍體功能演化之間的關系提供了新線索。

　　11月17日，相關研究成果在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-023-42771-9）上。研究工作得到國家自然科學基金創新研究群體項目和植物細胞與染色體工程國家重點實驗室開放課題的支持。

多倍體小麥亞基因組特異轉座子介導穗發育可塑性工作模型