近期发表论文

   近期发表论文

Liu S#, Li C#, Wang H, Wang S, Yang S, Liu X, Yan J, Li B, Beatty M, Zastrow-Hayes G, Song S*, Qin F*.(2020) Mapping regulatory variants controlling gene expression in drought response and tolerance in maize. Genome Biol. https://doi.org/10.1186/s13059-020-02069-1
来源:本站    发布时间:2020-10-24 10:55:39    点击数量:385
Liu S#, Li C#, Wang H, Wang S, Yang S, Liu X, Yan J, Li B, Beatty M, Zastrow-Hayes G, Song S*, Qin F*.(2020) Mapping regulatory variants controlling gene expression in drought response and tolerance in maize. Genome Biol. https://doi.org/10.1186/s13059-020-02069-1

        在世界范围内,干旱是导致玉米产量损失的主要因素。解析抗旱性的分子机制和克隆控制抗旱性的关键基因一直是植物抗逆分子生物学研究的热点。研究表明,生物体许多性状的改变,是由于基因表达的改变导致的。为了更好地揭示遗传变异对基因表达的调控作用,以及它们与抗旱性间的关系。我们选择了224份抗旱性存在广泛差异的玉米自交系,在正常浇水和两种干旱胁迫条件下,共获得了685个高质量转录组数据。通过每种处理下约30000个基因进行了基因表达量的全基因组关联分析,检测到73,573个基因表达控制位点(eQTLs),60%的eQTLs被解析到单个候选基因。26.6% eQTL在三种处理下均能稳定检测到(静态eQTLs);73.4% eQTL在一或二种处理下被检测到(动态eQTLs),不仅反映了玉米在干旱胁迫下基因表达的静态和动态的遗传结构,同时揭示了大量的组成型或干旱诱导调控的基因表达调控变异。近端调控变异(Local-eQTLs)对基因表达的影响比远端调控变异(Distant-eQTLs)更稳定、有效。针对转录因子基因的eQTLs,构建了玉米转录因子家族及其靶基因的调控层级网络。此外,通过孟德尔随机化分析,我们鉴定到97个基因,其表达量的改变可能与抗旱性直接相关,并确定了影响它们表达差异的遗传变异位点。进一步的实验证实,在玉米自然变异群体中,脱落酸8’-羟化酶基因(Abscisic acid 8'-hydroxylase gene)表达受到近端DNA序列变异的调控,且该基因表达量与植株抗旱性呈负相关(图1)。综上,本研究在全基因组水平揭示了遗传变异对干旱响应基因表达调控的重要作用,鉴定到多个遗传变异通过影响基因表达,从而调控植株和抗旱性。本研究鉴定到的关键遗传变异及抗旱基因,为后续基因功能研究及抗旱性的遗传改良提供了丰富的信息,同时为其它物种开展相关研究提供了可借鉴的方法。
        该研究成果于2020年7月6日在线发表于Genome Biology期刊(https://doi.org/10.1186/s13059-020-02069-1)。刘升学讲师和李翠萍工程师为共同第一作者,秦峰教授和宋述慧副研究员为共同通讯作者。同时,感谢作物功能基因组与分子育种研究中心的技术支持和参加该项研究工作所有人员的辛苦付出。该研究得到了北京高校卓越青年科学家计划项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会-人才项目的资助。

图1. abh2基因重测序和玉米abh2-CRISPR敲除株系表型分析。(a)abh2基因重测序分析。(b)abh2基因单体型分析。野生型(B73-329)和三个abh2-CRISPR敲除株系的DNA序列比对(c),苗期存活率统计分析(d),离体叶片失水速率实验(e),ABA含量测定(f)。统计分析采用two-sided t-test。