北京林业大学研究团队构建首张胁迫反应的全基因多层互作组网络

自然界所有生物在其生命过程中都会遭遇到胁迫。而面对胁迫做出应激反应，最大限度地减少细胞损害与生长损失，是生物进化的一个重要能力与标志。然而，胁迫反应是一个极其复杂的生物学过程，涉及通过信号接受、传导引发的各种基因转录、蛋白翻译、细胞分化与凋亡等一系列环节。传统的关于胁迫机理研究仅局限在这一系列环节中的一个方面或几个方面，对生物总体抵抗、适应胁迫的能力缺少一个综合性探讨与评价。

近日，Horticulture Research上线了（Advance Access）北京林业大学计算生物学中心研究团队题为An eco-evo-devo genetic network model of stress response的论文，开发了一个构建”胁迫网络”的计算方法, 可以系统地揭示应激反应潜在的遗传机理。

胁迫网络打破了传统的利用单个基因、单个蛋白、单个信号通道解释胁迫反应的研究方法，整合全基因组所有基因, 构建拓扑结构严密、功能运作协调的基因互作组网络（genetic interactome network）， 推进胁迫遗传学研究向现代系统生物学方向转变。

为了验证新理论的生物学意义，该研究利用分布于我国新疆地区的耐盐胡杨，构建人工杂交群体与自然选择群体设计盐胁迫与对照生态学实验，通过连锁分析与全基因组关联分析 (图1)，获得了一批相互佐证的、而传统方法无法得到的原创性结果。

研究发现了以前未知的驱动性状变异的调控机制（图2），有些基因能独立影响胡杨盐胁迫反应，而有些基因必须依赖其他调控因子的作用才能发挥作用。传统的分析方法发现有些基因对盐胁迫反应的作用微小，但是胁迫网络模型发现，这些基因同时受到作用大小相当的正、负调节，正负相抵，使它们的作用无法彰显出来。发现的大部分基因互作，能通过生物信息分析所获得的对应蛋白互作加以验证。

该研究不仅在理论上完善、提升了胁迫遗传研究理论与方法，更能为实际分子辅助育种提出精确的科学指导。利用胁迫网络, 精准定位出基因调控路线图; 通过激活或抑制关键调控子, 能释放、强化、优化目标基因的作用, 从而改变生物对胁迫的反应能力，有效地提高生物在胁迫环境中的生长与产量。

该研究以北京林业大学生命科学学院博士研究生冯莉为第一作者，邬荣领教授为通讯作者。许多其他学生也参与了这项工作。本研究得到北京林业大学引进人才项目资助。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhac135‍

转自：植物科学最前沿

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