NC | 复旦大学合作在小麦条锈病抗性机制研究方面取得新进展

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者周小马

多倍体化是进化过程中经常发生的事件，是基因组多样化的主要驱动力，可促进适应性进化。多倍体化在植物和动物中都很普遍。许多真核生物基因组的祖先都是多倍体，相当一部分农作物也经历了近期的多倍体化事件。大约 1 万年前，异源六倍体小麦（Triticum aestivum，2n = 6x = AABBDD）的出现影响了现代人类的进化。然而，不同基因组的融合并不一定会导致多倍体的异质性。相反，亚基因组之间的遗传异质性（以下简称"亚基因组多样性"）可能会导致遗传冲突。典型的例子包括亲本基因组之间的竞争以及同源基因拷贝的快速丢失或抑制（偏向分化或抑制）。持续的非整倍体和繁殖力下降通常与新生的异源六倍体植物有关。如何有效解释和调节多倍体中的序列多样性以提高环境可塑性，是一个重要但探索不足的问题。

遗传多样性和环境刺激分别代表影响生物的内部和外部胁迫。表型需要对内部和外部变化做出稳健的反应，这就需要一个缓冲系统来确保发育的灵活性（"渠限化"）。长期暴露于环境胁迫下可揭示基因变异，这可能是通过抑制缓冲系统实现的。这些被揭示的介导适应性表型的变体会被选择并在基因上固定下来（同化）。在真核生物中，染色质和相关的表观遗传机制是一种典型的缓冲系统，可稳定转录和细胞平衡，抵御内部和外部变化，同时还可根据发育或环境线索对转录组进行重编程。将不同的基因组整合到一个细胞核中会产生大规模的表观基因组变化。

亚基因组间的表观遗传多样性以及与转录机制的灵活互动可能为多倍体小麦提供了选择优势。最近的研究发现了广泛的亚基因组不平衡转录，这是由遗传和表观遗传多样性之间的相互作用介导的，包括开放染色质、组蛋白修饰和特定转录因子（TF）结合密度，这可能有助于表型适应。然而，现有证据大多基于高通量数据之间的统计关联，表观遗传编程与表型可塑性之间的因果关系仍有待确定。

2023年11月20日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了题为LHP1-mediated epigenetic buffering of subgenome diversity and defense responses confers genome plasticity and adaptability in allopolyploid wheat的研究论文。复旦大学张一婧、中国农业大学缑金营、广州大学董志诚和法国巴黎西岱大学Moussa Benhamed为论文的共同通讯作者。

多倍体化是基因组多样化和环境适应的主要驱动力。然而，不同基因组的合并可能会导致基因组冲突，这就提出了一个重大问题，即如何解释和调节遗传多样性以实现环境可塑性。通过分析异源多倍体小麦中191个反式因子的全基因组结合，科研人员发现异染色质蛋白1（LHP1）是亚基因组多样性基因的主调控因子。对 LHP1 突变体进行的转录组学和表观基因组学分析表明，LHP1 通过控制 H3K27me3 的平衡，在缓冲亚基因组多样化防御基因的表达方面发挥了作用。条锈病感染通过消除与 H3K27me3 相关的抑制作用释放潜伏的亚基因组变异。通过CRISPR-Cas9同时使LHP1同源基因失活，可使小麦幼苗产生强大的条锈病抗性。亚基因组多样化防御系统的条件性抑制确保了对外界变化的发育可塑性，同时也促进了中性到非中性选择的转变和适应性进化。这些发现在多倍体小麦的基因型、环境和表型之间建立了一个由 LHP1 介导的缓冲系统。操纵表观遗传缓冲能力为利用隐性亚基因组变异改良作物提供了一种工具。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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