薺菜亞基因組表達分化研究取得新進展

基因組多倍化對植物進化起著重要作用，一直是生命科學研究領域的一個熱點。一方面，多倍化增加了雜合性和等位基因多樣性，從而增強了居群的可塑性和適應能力；另一方面，多倍化可能是進化的死胡同，許多重複拷貝最終將丟失。研究多倍體基因組和轉錄組的分化對理解重複拷貝丟失的概率，以及驅使其丟失的機制具有重要意義。薺菜（Capsella bursa-pastoris）是非常年輕的異源多倍化物種，約在10-30萬年前由祖先種Capsella grandiflora和Capsella orientalis自然雜交後再加倍形成。過去研究發現亞洲薺菜居群和歐洲居群的遺傳分化較大，然而亞洲居群的遺傳多樣性非常低，且薺菜從起源地中東地區傳入亞洲僅有約1000年歷史。有趣的是，儘管遺傳變異很小，亞洲居群卻能在多種多樣的環境中存活，比如在中國，從南方亞熱帶氣候到西北乾旱半乾旱氣候和東北寒帶氣候，從東部低海拔沿岸到西部青藏高原，薺菜都能夠適應。因此，中國薺菜是研究異源多倍體在短期進化過程中的表達分化機制和環境適應性的理想選擇。

中國科學院華南植物園分子生態學組博士黃慧潤等對25個薺菜個體進行了基因組測序，揭示這些個體可分為三組：西北地區（新疆）、西部高海拔地區和東部低海拔地區。此外，通過比較32個薺菜個體的轉錄組測序數據，對這些個體的總體表達量和亞基因組表達量分化進行了分析。在總體表達量上，雖然西北地區的個體能夠和其它個體分開，但是在中國的大部分地區，總體表達量均沒有分化（圖1a、b、c）。然而，亞基因組的相對表達量卻顯示出與遺傳結構一致的分化，即分為西北地區、西部高海拔地區和東部低海拔地區（圖1d）。此外，兩個亞基因組相對表達量的改變也呈現負相關。而亞基因組的表達分化並沒有檢測到與基因組分化相對應的適應性信號。這些發現與compensatory drift model一致，揭示亞基因組的表達漂變可能是重複基因進化的主要驅動力。這種中性漂變作用在短期內驅使薺菜亞基因組表達發生了居群分化，而在長期進化中可能會導致重複拷貝最終丟失。

該研究的國際合作團隊包括加拿大多倫多大學教授Stephen I. Wright和瑞典烏普薩拉大學教授Martin Lascoux。研究相關結果已正式發表在國際植物學期刊New Phytologist上。

圖1 表達量主成分聚類分析。（a）和（b）表示對25098個基因的總體表達量的聚類分析，兩圖區別是是否包含Capsella orientalis個體；（c）8640個基因的總體表達量的聚類分析，這些基因用作亞基因組分化研究；（d）8640個基因的兩個重複拷貝相對表達量的聚類分析。黃色：C. orientalis個體；藍色：東部個體；紅色：西部個體；綠色：西北個體。

來源：中國科學院華南植物園

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