The Plant Cell | 突破：白三叶草中异源多倍体促进生态位扩展的基因组学

推荐：江舜尧

编译：厌氧菌

编辑：马莉

新西兰草原研究中心的Andrew G. Griffiths 和丹麦Aarhus大学的 Stig Uggerhøj Andersen 为共同通讯作者，于2019年7月在植物学顶级期刊《The Plant Cell》发表题为《Breaking Free: The Genomics of Allopolyploidy-Facilitated Niche Expansion in White Clover》的大型研究结果。开辟了对于研究多倍化是否以及如何赋予不同物种优势这一长期存在问题的主要研究途径。

文章摘要

不同基因组的融合，即异源多倍体化，是一种普遍存在于植物中的现象。它通过增加遗传多样性产生适应性潜力。但证明植物利用异源祖先基因组的例子少之又少。同源四倍体物种白三叶草（Trifolium repens）是一种温带常见的异源四倍体饲料作物。它是由两个地理位置分别局限于欧洲极端沿海和高山栖息地的二倍体祖先杂交产生。在此项研究中，作者通过测序并拼接该物种的基因组和转录组，以求达到深入了解白三叶草的起源和异源多倍化结果的目的。基于这些数据，作者估计白三叶草起源于一万五千至两万八千年前的一次冰期，它的高山和沿海祖先可能在冰川避难所中相遇。作者通过多个杂交事件发现了祖先多样性遗留的证据，并发现从最初局限的栖息地到后来遍布全球，白三叶草祖先的亚基因组保持了完整性和基因表达活性。在转录水平上，作者在不同组织中观察到非常稳定的亚基因组表达比率。在少数同源基因拷贝之间表现出组织特异性转换的基因中，我们发现黄酮类生物合成基因的过表达。这体现了一些异源多倍体相关转录变化的适应性。此项研究强调了白三叶草作为异源多倍体促进的生态位扩展的一个例子，它的两个祖先基因组适应并局限于不同、特殊的栖息地，但在欧洲冰期发生异源多倍化之后，它的栖息地遍布全球。

文中重要图片说明

图1 |白三叶草的范围和祖先的现存亲属。白苜蓿（T. repens，Daday，1958;绿色）的现今范围，以及其二倍体祖先T. occidentale（蓝色）和T. pallescens（橙色）的现存亲属。T. occidentale位于距海岸约100米范围之内，而T. pallescens生长在海拔1,800至2,700米间的高山地区。

图2 |白三叶遗传图谱与它和现存祖先以及模式豆科牧草基因组的同线性关系图。

图3 |白三叶草异源多倍化事件。

图4 | 同源特异性表达分析。