Current Biology | 通过基因组分析鉴定到亚麻中控制两型花柱表型的超基因位点

两型花柱(Distyly)是指在植物居群中，部分个体开长花柱表型的花，剩下的个体开短花柱表型的花，长花柱表型的柱头在高位雄蕊在低位，而短花柱表型的雄蕊在高位柱头在低位，这样两种表型的花之间雌雄蕊的高度是互补的。自从达尔文以来，两型花柱一直都是植物进化生态学家所关注的热点之一。两型花柱表型经常与自交不亲和现象相关，同时它被认为是通过将不同位置的花粉粒沉积在授粉昆虫身体的不同区域来提高授粉的效率，进而促进异交限制自交，然而关于两型花柱现象的分子水平的研究尚且不多。而近日瑞典的斯德哥尔摩大学的科研工作者通过基因组分析鉴定到亚麻中控制两型花柱表型的超基因位点，并在国际著名杂志Current Biology 发表了题为“Genomic analyses of the Linum distyly supergenereveal convergent evolution at the molecular level”的论文。

亚麻（Linum tenue）中存在这非常明显的两型花柱(Distyly)现象，其中Pin（L型）个体花柱长，花药低，而thrum（S型）个体花柱短，花药在花中处于高位，花柱处于低位（图一）。作者为了解析这种现象的分子机制，他们首先对 Linum tenue中的 thrum类型的个体进行了高质量的基因组组装。作者基于高覆盖率 (~170x) PacBio 长读长数据组装了一个原始的contig，进而以染色质构象捕获 (Hi-C) 数据为支架，并使用 10x Genomics linked reads 进行了优化，最终得到了一个大小为690Mb的高质量基因组。接着作者基因高质量的基因组，对 21 个pin类型 和 22 thrum类型的亚麻进行了相同深度的二代测序，并计算基因组上每个区域的覆盖度。结果作者发现在LG10染色体上一个介于 38.40 和 38.70 Mb 之间的 300 kb 区域中thrum类型亚麻的覆盖度是显著高于pin类型的亚麻（图二）。而进一步的将pin类型的亚麻的数据比对到thrum类型亚麻的基因上时，在相同位置发现了一个260-kb 缺失 (indel),同时作者还进行了一个全基因组关联分析（GWAS），来确定与花的形态有关的位点，结果也出现在LG10染色体上相同的位点（图二）。因此，作者认为 LG10 上的 260-kb thrum类型的特定区域是控制distyly 的超级基因座（S-locus）的候选区域。

作者通过对控制distyly的超级基因座（S-locus）里面的候选基因在thrum类型和pin类型的表达检测发现一些候选基因如LtTSS1和LtWDR-44都是特异在thrum中表达的，这也进一步说明了这个S-locus的准确性（图三）。作者后续又研究了基因组中S-locus的旁系同源位点的基因组位置，结果在LG9和LG1染色体上分别发现了2个和3个旁系同源位点，这也说明了S-locus连锁基因集的在基因组上逐步组装。但是S-locus与其推定的旁系同源物之间的同义分歧（dS）的差异很大，表明它的旁系同源物是在不同时间进行复制的（图四）。

总之，这份工作鉴定到了Linum控制两型花柱(Distyly)现象的S-locus，并为花多态性的起源和维持的深入研究提供了新的启示。

原文链接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01364-1

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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