該研究揭示了玉米中一個關(guān)鍵的表觀遺傳調(diào)控因子mop1在塑造減數(shù)分裂重組圖景中的核心作用。通過高分辨率的全基因組重組圖譜分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)，mop1功能的缺失會以一種性別特異性的方式改變重組事件的發(fā)生位置，其背后的機制是通過調(diào)控一類被稱為“微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座子”（MITEs）的特殊DNA元件的甲基化水平，從而在特定的基因組位、尤其是遺傳多樣性高的區(qū)域“點燃”新的重組熱點。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序及分析服務(wù)！

研究背景

減數(shù)分裂重組是地球上有性生殖生物多樣性的基石。在細胞分裂形成配子（如花粉和卵細胞）的過程中，來自父母本的同源染色體像舞伴一樣配對、交換遺傳物質(zhì)片段，這一過程被稱為“重組交換”（Crossover,?CO）。它不僅打亂并重排了基因，創(chuàng)造出新的遺傳組合，還像“分子膠水”一樣確保染色體在分裂時能被正確地分離，避免了毀滅性的遺傳錯誤。然而，這個過程并非隨機發(fā)生，而是受到一套極其精密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)所控制。在玉米這樣基因組龐大且復(fù)雜的作物中，重組事件往往集中在特定的“熱點”區(qū)域，而廣闊的基因組區(qū)域則鮮有重組發(fā)生，如同“冰封”的大陸，這極大地限制了育種家利用優(yōu)異基因資源的能力。近年來，表觀遺傳學(xué)，尤其是DNA甲基化，被認為是調(diào)控重組的關(guān)鍵因素之一，但其具體機制仍充滿謎團。

研究內(nèi)容及結(jié)果

1、mop1改變雌雄減數(shù)重組格局

構(gòu)建群體與CO定位

• 作者在B73×Mo17雜交背景下，做了4個BC1群體：雌WT、雌mop1、雄WT、雄mop1，共423個個體。
• 全基因組3×深度重測序，利用~1.9?SNP/kb的密度，HMM調(diào)用出4048個CO，其中60%的CO區(qū)間<5kb，分辨率很高。

CO?總數(shù)的性別差異（Fig.1d）

• 雌性：WT和mop1每減數(shù)平均CO數(shù)基本相同（約19條，差異不顯著）。
• 雄性：mop1?CO數(shù)略低于WT（約18vs19.4，P=0.058，接近顯著）。
• WT中雌雄CO數(shù)相似；但在mop1中，雄性顯著低于雌性，說明mop1參與調(diào)控雌雄間的重組差異。

染色體尺度的CO分布（Fig.1c,?1e）

用Marey?map畫出遺傳距離與重組率曲線，結(jié)果顯示全基因組的重組率形狀在WT與mop1間總體相似，也與雌雄之間大體相似。但放大單條染色體后，可以看到：尤其在雌mop1中，多條染色體（1,4,5,6,7,8,9）在臂區(qū)CO增加，在著絲粒周CO減少；雄mop1也在多條染色體呈現(xiàn)類似趨勢。

結(jié)論：mop1對總CO數(shù)影響相對溫和，但會在局部區(qū)域重排CO峰谷，且這種效應(yīng)具性別特異性。

圖1?雄性mop1突變體與雌性mop1突變體相比，交叉（CO）數(shù)量減少。

2、CO相關(guān)序列motif的變化

篩選“高分辨率CO”

作者只選CO區(qū)間<2?kb的1835個CO，分別來自四個群體（雌WT?484、雌mop1?417、雄WT?431、雄mop1?503），用來做motif分析。

主要發(fā)現(xiàn)（Fig.2）

• 前五大motif都是富C/G或富A/T的短重復(fù)序列，和之前在玉米、小麥、水稻中CO常見motif一致。
• 定量統(tǒng)計顯示一個細節(jié)：富GC的motif（前三個）的出現(xiàn)頻率在雄mop1中明顯比雄WT低；富AT的motif（后兩個）在雌mop1中的出現(xiàn)頻率高于雌WT。

解讀：mop1使雄性CO更少落在GC-rich區(qū)，而讓雌性CO更偏向AT-rich（往往更開放）區(qū)域，體現(xiàn)出性別特異的序列/染色質(zhì)偏好變化。

圖2?在雄性mop1突變體中，G/C相關(guān)基序的頻率降低，而在雌性mop1交叉互換（COs）中A/T相關(guān)基序的頻率增加。

3、序列多態(tài)性與CO的關(guān)系

SNP密度與CO

• 在雌mop1的CO區(qū)間中，SNP密度明顯高于雌WT；雄性則無顯著差別。
• 把全基因組細分不同SNP密度區(qū)間，統(tǒng)計CO頻率：

雌WT：CO?頻率在~7?SNP/kb?達峰；

雌mop1：峰值移動到~13?SNP/kb；

SNP>20/kb?時CO頻率接近0，呈明顯“倒?U?型”，存在上限閾值。

InDel與CO

• mop1與WT之間，CO區(qū)域的InDel數(shù)量/長度無顯著差別。
• CO對InDel的容忍度很低：4?InDel/kb左右達到峰值，達到12個?InDel/kb時幾乎沒有CO，說明InDel比SNP更干擾重組。

結(jié)論：存在一個“適中多態(tài)性”窗口，既不能太低（重組驅(qū)動力不足），也不能太高（同源配對困難）。在雌mop1中，這個SNP閾值被顯著抬高（從7→13?SNP/kb），說明RdDM缺失讓雌性減數(shù)更能容忍高多態(tài)背景下的CO。

圖3?mop1基因，尤其在雌性個體中，傾向于在遺傳多樣性較高的區(qū)域引入新的交叉（CO）位點。

4、CO與轉(zhuǎn)座子，尤其MITEs的緊密關(guān)系

CO與基因/TE的位置關(guān)系（Fig.4a）：1835個高分辨率CO中，約69%位于基因體或2kb上下游，其中44.3%同時與TE重疊。

不同TE類型與CO的相關(guān)性（Fig.4b–c）：按1Mb窗口算CO數(shù)與TE覆蓋度：CO與LTR/Gypsy強負相關(guān)（主要在周圍冷區(qū)）。與LINE、TIR、Helitron、MITE均正相關(guān)，其中MITE的正相關(guān)最強。

MITEs與CO直接重疊的比例（Fig.4d）：隨機選1835個等長區(qū)：僅1.5%與MITE重疊；而CO區(qū)中：雌WT：33.8%CO?與MITE重疊；雌mop1：升到39.3%；雄WT：31.8%；雄mop1：34.7%。?說明：CO極度偏愛MITEs，且mop1尤其在雌性中進一步加強這種偏好。

哪類MITE更“吸CO”？（Fig.4e）：在MITE子家族中，**DTA（hAT類）和DTH（Tourist/PIF-Harbinger類）**最常與CO重疊，占比明顯高于其他子家族。

CO熱點與冷點（Fig.5）

• CO熱點：重組率≥全基因組均值5倍的5kb區(qū)間?？倲?shù)在四個群體為391–525個。它們多數(shù)位于染色體兩端：39.1%?在前10Mb，63.9%在前20Mb。熱點2kb區(qū)內(nèi)，~65%附近有MITEs，而附近是LTR的比例很低。
• CO冷點：≥1Mb無任何CO的大區(qū)間。四個群體分別有~1167–1310個，絕大多數(shù)位于著絲粒周，且在不同群體間高度保守。冷點幾乎都與LTR?retrotransposons重疊，與MITEs卻很少重疊。

總結(jié)：MITEs≈重組熱點的標(biāo)志；LTR?retrotransposons≈穩(wěn)定冷點骨架。mop1通過調(diào)控MITEs，精細地改寫了部分熱點，而不改變那些“固有冷點”。

圖4 交叉變異（COs）與微RNA元件（MITEs）相關(guān)聯(lián)，在mop1突變體中觀察到更高的富集程度

圖5 交叉位點（CO）在MITE序列附近富集，而冷點則與LTR逆轉(zhuǎn)座子相關(guān)聯(lián)

5、mop1通過MITEs上的局部去甲基化+開放染色質(zhì)引入新CO

CO區(qū)DNA甲基化總體特征（Fig.6a）

• 與隨機區(qū)相比，CO附近的CG/CHG甲基化大幅降低（CG:?23.8%vs78.3%；CHG:?12.4%vs60.4%），說明CO天然偏向低甲基化區(qū)域。
• CG/CHG：mop1和WT在CO區(qū)沒有顯著差異。
• CHH：WT中CO區(qū)CHH與隨機區(qū)相當(dāng)，而在mop1中顯著降低。也就是mop1主要在CO區(qū)進一步清空CHH甲基化。

DMR與CO的重疊情況（Fig.6b–c）

在雄mop1與WT花藥甲基化數(shù)據(jù)中，作者找到3189個CG?DMR、4800個CHG?DMR、13864個CHH?DMR，其中大多數(shù)是低甲基化（hypo）。這些成千上萬DMR中，與CO±2kb重疊的不到1%，其中CG：9/2749；CHG：30/4110；CHH：101/12061。且這些與CO重疊的DMR，絕大部分都位于?基因2kb上下游區(qū)域。

這些DMR上到底是哪些TE？（Fig.6d）在“DMR+CO”雙重重疊的TE中，MITEs占比最高，明顯高于僅有DMR或無DMR/CO的TE。這說明：mop1引起的CO變化主要集中在MITEs，尤其是靠近基因的MITEs上。

MITEs上的甲基化&組蛋白標(biāo)記分組分析（Fig.6e–f）

• 按是否與DMR/CO重疊，把MITEs分4類：既有DMR又有CO；有DMR無CO；無DMR有CO；都沒有。
• 結(jié)果：在mop1中，類別1的MITEs?CHG/CHH甲基化降低最明顯；同時，類別1上H2A.Z、H3K27ac、H3K56ac、H3K9ac活性標(biāo)記最高；完全沒有DMR/CO的MITEs這些標(biāo)記最低。即：“真正變成CO熱點”的MITEs=低甲基化+高H2A.Z+高?H3乙?；?位于基因附近。

49kb典型區(qū)域的可視化例子（Fig.6g）

• 染色體9上49?kb區(qū)間中有兩個CHH低甲基化DMR：
• 紅框：一個DMR?同時有?MITE+CO，且H2A.Z、H3?acetylation高，H3K27me3低，mop1中還伴隨CG/CHG降低；
• 藍框：另一個DMR也有MITE，卻沒有CO，CG/CHG一直高，且H3K27me3高、H3Ac低。
• 這對比說明：單靠CHH降低不夠，還要配合整體開放染色質(zhì)（低CG/CHG+高H2A.Z/H3Ac+低H3K27me3），MITEs才會真實變成CO熱點。

圖6 mop1可能通過局部降低具有開放染色質(zhì)標(biāo)記的MITE序列上的DNA甲基化水平
引入新的交叉（CO）位點

6、基因表達和CO干涉：ASY4下調(diào)，但干涉基本不變

RNA-seq：減數(shù)基因表達變化

• 在幼花藥中，mop1vsWT?共有186個上調(diào)、199個下調(diào)DEG。
• 若只看41個減數(shù)相關(guān)基因：只有軸蛋白ASY4顯著下調(diào)；ZYP1、ZIP4接近顯著下調(diào)。
• 這些基因負責(zé)軸/聯(lián)會復(fù)合體結(jié)構(gòu)和CO干涉，Arabidopsis中它們?nèi)笔孋O向染色體臂端偏移。

DEG與DMR、CO的關(guān)系

只有極少部分DEG附近有?DMR，且沒有任何CO與這些DEG的DMR?重疊，說明?MITEs去甲基化帶來的新CO不必然改變附近基因的轉(zhuǎn)錄。

CO干涉分析

作者用crossover?coefficient（CoC）分析干涉強度，發(fā)現(xiàn)：mop1雌雄的干涉與WT基本無顯著差異，只是雌mop1干涉略有減弱趨勢。因此，CO干涉變化不是驅(qū)動CO重排的主要原因。

解釋：mop1的主要作用，是通過局部改變MITEs的表觀狀態(tài)+略微削弱軸/SC?組件來調(diào)整CO的位置，而不是大幅改變CO總數(shù)或經(jīng)典的干涉模型。

研究總結(jié)

在機制層面，mop1通過RdDM通路主要清除基因附近MITEs的CHH（并部分?CG/CHG）甲基化，在本就偏開放的MITE區(qū)促進H2A.Z和H3?acetylation富集，從而讓這些TE成為新的CO熱點。性別差異：這一作用在雌性中更強——雌mop1?不僅保留CO總數(shù)，還把CO推向高SNP、MITE富集的開放區(qū)域，提高了對序列多態(tài)性的容忍度。結(jié)構(gòu)蛋白貢獻：mop1還伴隨軸蛋白ASY4下調(diào)，可能進一步改變CO在染色體上的分布，而對CO干涉整體影響不大。

在應(yīng)用前景方面，提示可以通過精細調(diào)控MITEs附近的甲基化/表觀狀態(tài)，而不是粗暴打掉全基因組甲基化，來在作物中局部提升重組率；有望用于玉米及其他TE-rich作物中打破連鎖拖帶、提高育種重組效率、利用“中度多態(tài)區(qū)域”的隱藏遺傳變異。

以上內(nèi)容來源于清同趣科研，侵刪

該論文聚焦蜚蠊目中具有雙親撫育的木食性蟑螂和具有同胞利他行為的白蟻，發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)特化驅(qū)動了不同社會性行為策略的產(chǎn)生，并闡明了白蟻品級分化的遺傳機制，為理解昆蟲社會性行為的形成機制提供了一個嶄新的框架。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)！

研究背景

昆蟲社會性表現(xiàn)為親代撫育和品級分化，即通過同胞間的利他行為延伸為生殖分工。這種適應(yīng)性創(chuàng)新導(dǎo)致了完全變態(tài)類群——膜翅目昆蟲（螞蟻、蜜蜂和寄生蜂等）的適應(yīng)性輻射，并得到大量的學(xué)術(shù)關(guān)注。然而，社會性行為雖然也在蜚蠊目中獨立起源（白蟻等），且起源更早，但相關(guān)研究卻被長期忽視。重要的是，社會性起源在蜚蠊目中與雜食性到木食性的轉(zhuǎn)變同時發(fā)生，為研究社會性起源提供了獨特的模型。

木食性蟑螂與白蟻以不同方式克服取食枯木所致的營養(yǎng)缺陷限制

李勝研究團隊長期研究昆蟲變態(tài)發(fā)育的調(diào)控機制與演化規(guī)律，蜚蠊目昆蟲研究成果中取得了一系列重要進展，揭示了蟑螂為“小強”的分子奧秘（Nature?Ecology?&?Evolution,?2025,?2022;?Science?Advances,?2024;?Nature?Communications,?2023,?2018;Molecular?Biology?Evolution,?2022;?Cell?reports,?2023;?National?Science?Review,?2025）。該研究成果在此基礎(chǔ)上開展，探究蜚蠊（蟑螂）演化為白蟻的具體機制。

研究內(nèi)容及結(jié)果

為探究白蟻社會性行為演化的奧秘，研究團隊選取蟑螂-白蟻演化中關(guān)鍵節(jié)點的代表性物種，獲得了三種蟑螂、一種半社會性木蟑螂以及四種社會性白蟻的高質(zhì)量基因組，并結(jié)合關(guān)鍵物種不同發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過組學(xué)比較分析尤其是后續(xù)的功能驗證發(fā)現(xiàn)：

• 木食性和社會性演化都伴隨著大量基因丟失和基因家族收縮，表明社會性蜚蠊的適應(yīng)性創(chuàng)新并非源于新基因的獲得，而是由已有基因表達的高效組合所驅(qū)動；
• 白蟻中精子運動相關(guān)基因發(fā)生丟失，提示雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)不存在精子競爭，為一夫一妻制的出現(xiàn)作為生殖利他主義演化的前提（即漢密爾頓法則）提供了重要證據(jù)；
• 不同物種能量代謝基因的表達決定了其整體生長速率，而激素與能量代謝基因網(wǎng)絡(luò)的差異調(diào)控則決定了白蟻品級分化的方向；
• 在由雜食性向木食性轉(zhuǎn)變的過程中，木蟑螂采取“守財奴”式的能量節(jié)省模式，生長速度極慢；而白蟻則采用“能量分配”的模式，尤其是幼蟻被工蟻撫育的多寡直接決定幼蟻的發(fā)育命運：撫育太多則產(chǎn)生大量的保幼激素，進而抑制卵巢和翅芽的生長，最終發(fā)育為工蟻；只有撫育適當(dāng)才可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋Ｓ准に兀瑥亩@得機會發(fā)育為生殖若蟻；這種能量分配方式導(dǎo)致生殖若蟻和工蟻的社會分工，形成兩個發(fā)育命運完全不一樣的社會等級。

木食性蟑螂雙親撫育與白蟻同胞利他行為的演化

基于以上發(fā)現(xiàn)，研究團隊進一步提出了社會性在蜚蠊目中的演化模型：

• 木蟑螂雖具群居及雙親哺育行為，但雙親的濫交習(xí)性不足以促進利他主義，因而未能演化出同胞供養(yǎng)和撫育行為；
• 單片巢型（樹木既是居所也是食物）的木棲白蟻只有建巢初期具有嚴格的一夫一妻制，其同胞親緣關(guān)系在建巢初期最高，但由于后代在發(fā)育后期會優(yōu)先進行繁殖，親緣關(guān)系隨巢群發(fā)展逐漸減弱，因此僅演化出有條件的利他行為，即表現(xiàn)為假工蟻；
• 離巢覓食性白蟻則具有嚴格的一夫一妻制，且其同胞親緣關(guān)系在整個蟻群生命周期中始終維持高位，因此演化出無條件利他行為，即表現(xiàn)為真工蟻保持不育狀態(tài)。

通過比較研究木蟑螂與白蟻，揭示了社會性演化的驅(qū)動因素，繪制了從雜食性獨居蟑螂到具有不同社會性程度的白蟻的基因演化圖譜，為深入理解昆蟲適應(yīng)性性狀的創(chuàng)新提供了重要見解。

 

 

 

 

 

以上內(nèi)容來源于華南師范大學(xué)，侵刪

該研究發(fā)現(xiàn)生長遲緩（postnatal growth retardation, PGR）仔豬后腸中富集的史氏甲烷短桿菌（Methanobrevibacter smithii）和低豐度的短酸生成菌通過抑制肝臟酮體代謝功能，促使枯否細胞向促炎型極化，加劇肝臟損傷，進而導(dǎo)致機體生長受限。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)。

研究背景

仔豬出生后生長遲緩是養(yǎng)豬業(yè)中普遍存在的棘手問題，其發(fā)生率高，主要表現(xiàn)為體重增長緩慢、生產(chǎn)性能低下，不僅顯著增加了飼養(yǎng)周期與成本，更嚴重制約了養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展與經(jīng)濟效益提升。

近年來，大量研究證實腸道微生物群落是調(diào)控動物早期生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，其通過參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)免疫功能等多種途徑影響宿主健康。然而，在眾多腸道微生物中，哪些特定菌群與仔豬生長遲緩直接相關(guān)，以及這些菌群調(diào)控生長發(fā)育的具體分子機制仍不明確，這一研究空白嚴重阻礙了針對性防控技術(shù)的研發(fā)。因此，系統(tǒng)解析腸道微生物與仔豬生長遲緩的關(guān)聯(lián)及作用通路，成為當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究熱點與迫切需求。

研究內(nèi)容

研究團隊通過大規(guī)模仔豬跟蹤試驗，建立PGR仔豬模型，并系統(tǒng)分析了其腸道微生物組成與功能變化。發(fā)現(xiàn)PGR仔豬的后腸呈現(xiàn)出明顯的甲烷生成通路富集，而短鏈脂肪酸合成相關(guān)功能則明顯減弱。同時，肝臟酮體代謝水平顯著降低，肝臟損傷標(biāo)志物升高，且腸道M. smithii豐度與宿主酮體含量呈顯著負相關(guān)，提示M. smithii豐度和宿主酮體代謝水平可能與機體生長發(fā)育密切相關(guān)。

研究人員進一步開展糞菌移植和M. smithii單菌定植實驗，均發(fā)現(xiàn)M. smithii可以顯著降低肝臟酮體代謝水平，表現(xiàn)為抑制生酮通路關(guān)鍵酶HMGCS2表達和β-羥基丁酸產(chǎn)生，造成宿主生長阻滯。此外，M. smithii還能促進肝臟枯否細胞M1型極化，引發(fā)炎癥反應(yīng)，可能源于M. smithii增加了腸道通透性，脂多糖通過腸肝循環(huán)影響肝臟功能。當(dāng)抑制M. smithii在腸道中的定植可以逆轉(zhuǎn)上述不良表型。

為了驗證酮體代謝對肝臟免疫功能的影響，該研究在肝臟特異性敲除Hmgcs2基因后，發(fā)現(xiàn)宿主酮體生成顯著減少，肝臟M1型枯否細胞數(shù)量增加，T細胞數(shù)量無顯著影響，說明酮體可能特異性地調(diào)控枯否細胞的極化狀態(tài)。通過外源補充β-羥基丁酸，顯著緩解生長遲緩仔豬的肝臟損傷，有效改善其生長性能。

圖-史氏甲烷短桿菌引起仔豬發(fā)育遲緩的潛在機制

研究總結(jié)

該研究通過系統(tǒng)深入的實驗，最終揭示了“M. smithii—肝臟酮體代謝—肝臟免疫”的調(diào)控軸在仔豬生長遲緩中的核心作用：PGR仔豬后腸富集的M. smithii與低豐度的短酸生成菌共同作用，一方面抑制肝臟酮體代謝功能，減少β-羥基丁酸生成；另一方面增加腸道通透性，通過腸肝循環(huán)引發(fā)肝臟枯否細胞M1型極化與炎癥反應(yīng)，加劇肝臟損傷，最終導(dǎo)致仔豬生長受限。而抑制M. smithii定植或外源補充β-羥基丁酸，均可有效逆轉(zhuǎn)生長遲緩表型。

該研究首次闡明了腸道微生物調(diào)控仔豬生長發(fā)育的全新分子機制，豐富了“腸-肝軸”在畜禽領(lǐng)域的研究內(nèi)涵；為仔豬生長遲緩的防控提供了精準靶點，未來可通過靶向抑制M. smithii定植、調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)或外源補充酮體代謝產(chǎn)物等方式，開發(fā)新型防控技術(shù)，降低養(yǎng)殖業(yè)損失。同時，該研究也為其他畜禽生長障礙的機制研究與技術(shù)研發(fā)提供了重要的參考范式。

以上內(nèi)容來源于岳麓山實驗室，侵刪

染色體水平超大基因組：

研究團隊利用PacBio?HiFi長讀長測序和Hi-C三維基因組技術(shù)，成功組裝了H.?gigas的染色體水平的高質(zhì)量基因組（大小13.92?Gb）。基因組分析揭示了其兩大主要特征：內(nèi)含子延長和重復(fù)序列擴張。與近緣物種相比，H.?gigas的內(nèi)含子長度顯著增加，主要是由于重復(fù)序列的插入，尤其是串聯(lián)重復(fù)和長散在重復(fù)序列（LINEs）轉(zhuǎn)座子。H.?gigas基因組中71.98%為重復(fù)序列，主要為串聯(lián)重復(fù)，占到基因組的46.03%，顯著高于其他無脊椎動物。特別是，與其他無脊椎動物基因組相比，H.?gigas基因組中長單元串聯(lián)重復(fù)序列（小衛(wèi)星，10-100?bp）的比例更高，其比例與無脊椎動物基因組大小正相關(guān)。這些重復(fù)的產(chǎn)生可能與深淵極端環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)。

地理隔離塑造了不同鉤蝦群體的遺傳分化：

研究團隊對馬里亞納海溝的510只（11個群體）、雅浦海溝94只（1個群體）及西菲律賓海盆深淵區(qū)的18只（1個群體）H.?gigas個體進行了高覆蓋的全基因組重測序和群體遺傳學(xué)分析。結(jié)果顯示來自馬里亞納海溝11個不同深度（~7000-11000米）群體不存在遺傳分化，表明生活在馬里亞納海溝內(nèi)的鉤蝦是一個完全混合的群體，高靜水壓不會限制其在海溝內(nèi)的垂直遷移。而西菲律賓海盆的鉤蝦群體與馬里亞納海溝的群體則表現(xiàn)出明顯的遺傳分化。這兩個海溝間相隔~1500公里，表明地理隔離阻礙了群體間的基因交流。

冰期-間冰期氣候變化可能影響深淵種群動態(tài)歷史：

研究結(jié)果顯示H.?gigas的有效種群在約100萬年前經(jīng)歷了一次急劇下降，這與更新世深海溫度的大幅波動高度吻合。經(jīng)過遺傳瓶頸后，鉤蝦群體又經(jīng)歷了種群擴張。這一結(jié)果說明，更新世時期大的冰期-間冰期氣候變化可能不僅造成了陸地動物的大規(guī)模滅絕，而且也深刻影響了深海甚至深淵動物。

宿主-微生物協(xié)同合作適應(yīng)深淵極端環(huán)境：

研究團隊通過宏基因組和代謝組學(xué)整合分析揭示了H.gigas與共生菌的協(xié)同合作可能是鉤蝦適應(yīng)深淵極高靜水壓和食物匱乏環(huán)境的關(guān)鍵。

氧化三甲胺（TMAO）是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在滲透壓調(diào)節(jié)以及在高靜水壓條件下維持細胞完整性方面發(fā)揮著重要作用。檢測發(fā)現(xiàn)，隨著深度增加，鉤蝦腸道內(nèi)容物中TMAO濃度顯著升高，體組織中也呈現(xiàn)類似趨勢。鉤蝦自身編碼fmo3基因，可將三甲胺（TMA）轉(zhuǎn)化為TMAO。而其優(yōu)勢共生菌Psychomonas的基因組中攜帶cutC和cutD基因簇，可將膽堿分解為TMA；同時擁有torYZ操縱子，可以將TMAO還原為TMA，從而調(diào)控宿主體內(nèi)的TMAO濃度，形成動態(tài)平衡。

極低的生產(chǎn)力和有限的食物被認為是制約深海生物代謝的關(guān)鍵因素之一。有研究推測H.?gigas可能具備消化木質(zhì)碎屑的能力。該研究在H.gigas基因組中發(fā)現(xiàn)了4種內(nèi)切葡聚糖酶基因，可以將纖維素初步分解為纖維二糖；在共生菌Psychomonas中發(fā)現(xiàn)了纖維二糖酶、celB基因和磷酸纖維二糖酶，負責(zé)將纖維二糖進一步轉(zhuǎn)化為D-葡萄糖，從而形成完整的纖維素代謝通路。這一機制可能最終促使H.gigas能夠高效利用深淵食物資源，從而使其在食物匱乏的深淵海溝中成為一大優(yōu)勢類群。

總?結(jié)

目前，理解動物如何適應(yīng)深淵仍然是一個科學(xué)難題。H.?gigas的基因組是全球已發(fā)表的“最深”的動物基因組，其群體研究產(chǎn)出的數(shù)據(jù)量是迄今為止全球最大規(guī)模的單一海洋物種重測序，為研究深淵生態(tài)系統(tǒng)提供了寶貴的數(shù)據(jù)資源。該研究結(jié)果也為深入理解生命如何適應(yīng)深淵環(huán)境提供了新的見解。

近日，北京大學(xué)李毅研究團隊聯(lián)合福建農(nóng)林大學(xué)等多個實驗室在Nature上發(fā)表了題為“Perception?of?viral?infections?and?initiation?of?antiviral?defence?in?rice”的研究論文，揭示了水稻感知病毒侵染并啟動抗病毒免疫反應(yīng)的分子機制。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)！

研究背景

水稻作為全球半數(shù)以上人口的主糧作物，其產(chǎn)量穩(wěn)定性對糧食安全至關(guān)重要。在過去的20多年里，科學(xué)家在鑒定新病毒、解析病毒致病機理和植物抗病毒機制等方面取得了一系列的重要進展，但在植物細胞尤其是禾本科植物細胞如何感知病毒侵染進而啟動抗病毒免疫等方面還了解的十分有限。

主要成果

研究發(fā)現(xiàn)水稻RING1-IBR-RING2類型的泛素連接酶RBRL不僅能夠識別水稻條紋病毒（Rice?stripe?virus，RSV）的外殼蛋白（CP），還能識別水稻矮縮病毒（Rice?dwarf?virus，RDV）的外殼蛋白P2。進一步研究表明，RSV?CP不僅能誘導(dǎo)RBRL表達量上調(diào)，還能激活RBRL的泛素連接酶活性，進而促進RBRL介導(dǎo)的茉莉酸信號通路抑制因子NOVEL?INTERACTOR?OF?JAZ?3（NINJA3）的泛素化和降解，從而激活水稻茉莉酸信號通路。

水稻抗病毒防御反應(yīng)的分子機制

這可以理解為，當(dāng)病毒來犯時，RBRL蛋白迅速“變身”把茉莉酸信號通路抑制因子NINJA3蛋白“拿下”，從而讓茉莉酸信號通路“火力全開”，增強水稻的抗病毒能力。

李毅團隊這次的發(fā)現(xiàn)結(jié)合團隊前期研究成果，在水稻中發(fā)現(xiàn)和解析了一條核心的抗病毒通路，即從水稻細胞感知和識別病毒侵染到激活水稻抗病毒免疫機制全鏈條解析。即以水稻為模式，發(fā)現(xiàn)了從RBRL介導(dǎo)對病毒外殼蛋白感知和識別（Nature,?2025）、茉莉酸信號通路（JA）抑制子降解（Nature,?2025）、到茉莉酸信號通路激活RNA沉默核心蛋白（AGO18）表達（Cell?Host?&?Microbe,?2020）以及AGO18介導(dǎo)的RNAi和ROS協(xié)同防御的完整抗病毒免疫通路（Molecualr?Plant,?2019;?Nature?Plants,?2017;?eLife,?2015;?PLoS?Pathogens,?2011）。

研究總結(jié)

該研究為水稻抗病毒育種提供了多靶點策略：
1）利用RBRL廣譜識別特性開發(fā)廣譜抗病毒種質(zhì)；
2）通過精細調(diào)控JA信號通路增強基礎(chǔ)抗性；
3）協(xié)同優(yōu)化RNAi與ROS防御系統(tǒng)。

這一系統(tǒng)性成果將為作物抗病毒研究和育種提供新的理論框架和技術(shù)路徑。李毅團隊介紹，通過優(yōu)化RBRL蛋白功能、增強茉莉酸信號通路活性，以及強化RNA干擾（RNAi）與活性氧（ROS）協(xié)同防御能力等多種技術(shù)路徑，未來有望培育出更具抗病能力的水稻新品種，從而降低病毒病害帶來的農(nóng)業(yè)損失，提高糧食生產(chǎn)穩(wěn)定性。同時，這一研究為全球水稻生產(chǎn)提供了新的抗病毒策略，助力可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

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《Science》ARF3介導(dǎo)的生長素信號對黃瓜性別決定至關(guān)重要

該研究揭開了生長素促進雌花產(chǎn)生的神秘機制，鑒定到關(guān)鍵調(diào)控因子CsARF3（Auxin?Response?Factor?3），并闡釋了生長素和乙烯在性別決定上的互惠關(guān)系，為植物性別決定的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了全新的認識。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序及分析服務(wù)！

研究背景

古人識草木，多辨“花葉果”之形，卻少知其“性別”之異。

被子植物的性別決定，不僅是進化成功的重要標(biāo)志，更是解鎖農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、推動雜交制種的關(guān)鍵密碼。植物性別并非僅由染色體決定，還受基因調(diào)控、激素水平、環(huán)境信號（溫度、光照、養(yǎng)分）的調(diào)控，其復(fù)雜性遠超動物。

葫蘆科作物性型表現(xiàn)豐富，已逐漸成為研究性別決定的典型模式植物。葫蘆科作物的花在早期發(fā)育階段是兩性的，隨著心皮原基或雄蕊原基的發(fā)育停滯產(chǎn)生單性花?！吧L素促進雌花產(chǎn)生”這一現(xiàn)象自上世紀50年代被植物學(xué)家觀察到以來，一直是植物生理學(xué)領(lǐng)域的“未解之謎”，且生長素與乙烯是如何協(xié)同調(diào)控植物單性花發(fā)育的遺傳機制仍模糊不清。

研究內(nèi)容及結(jié)果

CsARF3是黃瓜雌花形成所必需的

該研究首先發(fā)現(xiàn)，外源施加生長素（IAA）可提高黃瓜雌雄花比例。在16個黃瓜ARF家族成員中，CsARF3在雌性系WI1983G的雌花芽中表達顯著高于其近等基因系WI1983GM（ACS1G突變，以雄花為主）的雄花芽，且在性別決定期（第6期之前）的表達更高（圖1A-G）。利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建的Csarf3移碼突變體（Csarf3-1和Csarf3-2）僅產(chǎn)生雄花，而野生型（WT）為雌雄同株（圖1H,?I）。突變體部分雄花在心皮殘留部位出現(xiàn)花柱樣組織，其比例與野生型的雌花比例相似，暗示Csarf3突變導(dǎo)致雌花向雄花轉(zhuǎn)化（圖1J,?K）。相反，CsARF3過表達株系（CsARF3-OE）的雌花比例和復(fù)合雌性（每節(jié)多雌花）比例均顯著增加（圖1L,?M）。外源IAA處理無法恢復(fù)Csarf3突變體的雌花產(chǎn)生，表明CsARF3介導(dǎo)的生長素信號是黃瓜雌花形成不可或缺的環(huán)節(jié)。

圖1 CsARF3 促進黃瓜中的雌性化

CsARF3直接調(diào)控CsSTM和CsWIP1的表達

KNOX家族轉(zhuǎn)錄因子參與莖端分生組織（SAM）形成和心皮發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，Csarf3突變體異常心皮中多數(shù)KNOX?I類成員表達下調(diào)，其中CsSTM（SHOOT?MERISTEMLESS同源基因）下降最為顯著（圖2A）。CsSTM在雌花芽中表達高于雄花芽，在Csarf3突變體莖尖中表達降低，而在CsARF3-OE株系中上調(diào)（圖2B-D）。酵母單雜交、凝膠遷移實驗（EMSA）和染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP-qPCR）證實，CsARF3可直接結(jié)合CsSTM啟動子中的生長素響應(yīng)元件（AuxREs），并激活其轉(zhuǎn)錄（圖2E-H,?I）。CsSTM在性別決定前特異性富集于雌花的心皮原基。敲除CsSTM導(dǎo)致雌花比例下降和首朵雌花出現(xiàn)延遲，而Csarf3?Csstm雙突變體的表型與Csstm單突變體相似，表明CsSTM位于CsARF3下游共同促進雌花形成（圖2J,?K）。

圖2 CsARF3 通過直接刺激黃瓜中的CsSTM表達來促進雌性化

另一方面，雌性抑制基因CsWIP1在Csarf3突變體中表達上調(diào)約3倍，在CsARF3-OE中下調(diào)（圖3A,?B）。CsARF3可直接結(jié)合CsWIP1啟動子上的AuxRE元件并抑制其轉(zhuǎn)錄（圖3C-F）。遺傳分析顯示，Csarf3?Cswip1雙突變體恢復(fù)了雌雄同株表型，產(chǎn)生雌花和兩性花，類似于Cswip1單突變體（僅雌花），證明CsARF3作用于CsWIP1上游抑制其功能以促進雌性發(fā)育（圖4A-D）。

圖3 CsARF3負向調(diào)控CsWIP1在心皮發(fā)育中的表達

CsARF3與乙烯生物合成基因的遺傳關(guān)系

乙烯生物合成基因ACS1G（F基因）是黃瓜雌性表型的關(guān)鍵因子。研究發(fā)現(xiàn)，外源乙烯利（ethephon）處理不能誘導(dǎo)Csarf3突變體產(chǎn)生雌花，而生長素處理卻能恢復(fù)乙烯生物合成突變體Csacs11和Csaco2（僅雄花）的雌花形成。將Csarf3突變引入攜帶ACS1G的雌性系中，發(fā)現(xiàn)CsARF3的缺失阻斷了ACS1G誘導(dǎo)的雌花發(fā)育（圖4E-H），表明乙烯需要通過生長素通路促進心皮發(fā)育。此外，黃瓜中ACS7同源基因CsACS2在Csarf3和Csstm突變體中表達顯著下調(diào)，在CsARF3-OE中上調(diào)（圖4I-K），說明生長素信號能促進乙烯生物合成，兩者在性別決定中形成互饋循環(huán)。

圖4 黃瓜中已知性別決定基因與CsARF3的遺傳關(guān)系

研究總結(jié)

該研究不僅破解了“生長素促進黃瓜雌花產(chǎn)生”之謎，極大豐富了被子植物單性花發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，而且為理解激素信號如何調(diào)控植物器官發(fā)育提供了全新的視角，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作物性別調(diào)控提供了精準的分子靶點。

以上內(nèi)容來源于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，侵刪

百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)。

研究背景

漬澇災(zāi)害是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大威脅之一。隨著氣候變化加劇，極端降水事件日益頻繁，漬澇災(zāi)害對作物造成的損失也愈發(fā)嚴重。大麥作為世界第四大谷類作物，對漬澇脅迫高度敏感。因此，挖掘大麥耐漬澇基因資源，培育耐漬澇新品種，對于保障糧食安全具有重要意義。

研究結(jié)果

1.全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）鎖定4H染色體上的關(guān)鍵位點

利用包含334份雙棱大麥種質(zhì)資源的自然群體，結(jié)合基因型數(shù)據(jù)和苗期耐漬澇脅迫下的葉綠素含量數(shù)據(jù)，進行全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）。結(jié)果在4H染色體上檢測到一個與葉綠素含量顯著相關(guān)的QTL。在漬澇脅迫下，該QTL不同等位基因間的葉綠素含量存在顯著差異，但在正常條件下差異不明顯（圖1C）?；谶B鎖不平衡衰減距離，確定該QTL的候選基因位于4H染色體上567.5 Mb-576.5 Mb的區(qū)間內(nèi)。

圖1

2.?轉(zhuǎn)錄組分析篩選候選基因?HvERF62

對3個耐漬澇材料（Fleet、Tam169、ZW）和3個漬澇敏感材料（Lian87、Su194、Xiu79）進行轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）分析。通過比較不同材料在正常和漬澇條件下的基因表達差異，發(fā)現(xiàn)在3個耐漬澇材料中，位于4H染色體QTL區(qū)間內(nèi)的 HvERF62 基因受漬澇脅迫顯著誘導(dǎo)表達，而在3個漬澇敏感材料中，該基因表達量較低（圖3B, 3C）。

3.HvERF62 基因編碼核定位蛋白，屬于VII類乙烯反應(yīng)因子

生物信息學(xué)分析顯示，HvERF62 基因編碼的蛋白具有典型的VII類乙烯反應(yīng)因子（ERFVII）特征，即N端具有保守的MCGGAIL基序（圖3D, 3E）。亞細胞定位實驗表明，HvERF62蛋白定位于細胞核中，符合其轉(zhuǎn)錄因子的功能特征（圖3F）。

圖3

4.CRISPR/Cas9基因編輯創(chuàng)制?HvERF62?突變體

利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，獲得了3個獨立的 HvERF62 純合突變體（erf1、erf2、erf3）。這些突變體在正常條件下與野生型（GP）的生長發(fā)育沒有顯著差異。然而，在漬澇脅迫下，突變體的不定根數(shù)量顯著少于野生型，且根長、地上部干重、根干重和葉綠素含量均顯著低于野生型（圖4B-4F）。

圖4

5.HvERF62?通過調(diào)控氣孔形成、ROS穩(wěn)態(tài)和碳水化合物積累影響耐漬澇性

對野生型和 HvERF62 突變體進行轉(zhuǎn)錄組測序分析。結(jié)果顯示，在漬澇脅迫下，突變體中有403個基因上調(diào)表達，888個基因下調(diào)表達（圖5A, 5B）。KEGG富集分析表明，這些差異表達基因顯著富集在植物-病原互作、淀粉和蔗糖代謝、苯丙烷類生物合成、MAPK信號通路、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、糖酵解/糖異生等通路中（圖5C）。

圖5

進一步分析發(fā)現(xiàn)，在漬澇脅迫4天后，野生型的不定根中形成了氣孔，而突變體中沒有形成（圖6B, 6D）。同時，突變體中ADH和PDC活性顯著高于野生型（圖7I, 7J），表明突變體更早進入無氧呼吸狀態(tài)。在漬澇脅迫8天后，野生型和突變體都形成了氣孔，但野生型中的氣孔比例更高（圖6C, 6D）。此外，野生型積累了更多的碳水化合物（蔗糖、葡萄糖和淀粉），而突變體中的碳水化合物含量顯著較低（圖7F-7H）。

圖6

細胞活力染色實驗表明，在漬澇脅迫下，HvERF62 突變體根部的細胞死亡程度高于野生型（圖8）。ROS熒光染色實驗表明，在漬澇脅迫下，突變體根部積累了更多的ROS（圖9）。此外，突變體中H2O2含量顯著高于野生型，而CAT和GSH活性顯著低于野生型（圖7A-7C）。

圖7

圖8

圖9

6.HvERF62?基因的自然變異與耐漬澇性關(guān)聯(lián)

對自然群體中 HvERF62 基因的序列進行分析，發(fā)現(xiàn)存在43個SNPs和4個InDels。根據(jù)這些變異，將種質(zhì)資源分為3個單倍型（Hap1、Hap2和Hap3）。其中，Hap3由于序列變異導(dǎo)致編碼提前終止。在漬澇脅迫下，Hap1和Hap2的葉綠素含量顯著高于Hap3（圖10A, 10B）。基于InDel變異設(shè)計的分子標(biāo)記可用于區(qū)分不同單倍型（圖10C-10E）。

圖10

研究總結(jié)

該研究通過GWAS和轉(zhuǎn)錄組分析，鑒定到一個新的大麥耐漬澇基因 HvERF62。該基因編碼一個VII類乙烯反應(yīng)因子，通過調(diào)控氣孔形成、ROS穩(wěn)態(tài)和碳水化合物積累，從而影響大麥的耐漬澇性。CRISPR/Cas9基因編輯實驗證實了 HvERF62 基因的功能。此外，HvERF62 基因的自然變異與大麥耐漬澇性顯著相關(guān)。該研究為大麥耐漬澇分子育種提供了新的基因資源和分子標(biāo)記，加深了對大麥響應(yīng)漬澇脅迫分子機制的理解。未來，可進一步研究 HvERF62 基因在不同遺傳背景下的耐漬澇效應(yīng)，以及與其他耐漬澇基因的互作關(guān)系，為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐漬澇的大麥新品種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

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百邁客生物為該研究提供群體、轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)。

研究背景

高粱是世界第五大禾谷類作物，養(yǎng)活了世界干旱或半干旱地區(qū)5億多人口。高粱起源于非洲薩赫勒地區(qū)，對非生物脅迫，比如干旱、高溫、貧瘠、鹽堿等有良好的耐受性，是研究植物響應(yīng)逆境脅迫機制的理想模式物種。然而，有限的遺傳和基因組資源以及遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)的瓶頸限制了高粱功能基因的研究。

研究內(nèi)容

研究團隊利用ONT Ultra-long、PacBio HiFi和Hi-C技術(shù)，成功組裝了高粱E048 的T2T無缺口高質(zhì)量基因組圖譜。該基因組大小為729.5 Mb，預(yù)測蛋白編碼基因35,549個，并完整解析了全部端粒和著絲粒序列信息。通過與BTx623、Ji2055、HYZ等另外3個高粱T2T基因組的比較分析，研究團隊鑒定出E048特異存在的2.9 Mb基因組區(qū)域，包含187個基因。這些基因主要參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫響應(yīng)和代謝調(diào)控等生物學(xué)過程，為解析E048高抗病、抗逆、抗倒伏和高含糖量等優(yōu)異性狀的分子機制提供了重要線索。

為了深入解析高粱E048的轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程，研究團隊測定了E048在13個不同發(fā)育階段多種組織（包括幼苗、葉片、根、莖、花序和種子等）的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全面的基因表達參考圖譜。分析表明，E048基因組中93.39%（33,200個）的基因在至少一種組織中表達，20,475個基因（57.59%）在所有13種組織中均檢測到表達。其中在開花前的花序組織中特異表達的基因數(shù)量最多，GO富集分析發(fā)現(xiàn)些特異表達基因主要參與生殖相關(guān)的生物學(xué)過程，反映了高粱從營養(yǎng)生長階段向生殖生長階段過渡時的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄特征。

研究團隊進一步開發(fā)了E048大規(guī)模飽和EMS突變體庫，在M1代收獲了13,226個單株并對179個M2植株進行了全基因組重測序。對變異位點進行分析發(fā)現(xiàn)，突變體包含了2,291,074個SNPs或InDels變異，突變位點幾乎均勻分布在每條染色體上，涵蓋了97.54%的基因，這些突變體為高粱功能基因解析與遺傳改良提供了重要種質(zhì)資源。研究團隊利用E048基因組，通過MutMap和MapMap+的方法，快速定位了黃化突變體和多葉突變體的目的基因，驗證了利用E048基因組和突變體資源進行高粱功能基因研究的高效性。

為促進高粱功能基因組研究以及突變體庫的廣泛應(yīng)用，研究團隊還建立了高粱基因組和突變體庫數(shù)據(jù)庫SGMD（https://sorghum.genetics.ac.cn/SGMD）。該數(shù)據(jù)庫整合了高粱E048基因組信息、基因表達圖譜、突變體庫部分表型變異和基因變異信息等，是高粱功能基因研究的“超級工具包”。

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本次為各位老師帶來華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新教授團隊在Plant Journal中發(fā)表的研究論文，題目為“Adventitious embryonic causal gene FhRWP?regulates multiple developmental phenotypes in citrus reproduction”，該文章利用ATAC-seq和轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，探究了柑橘中無性繁殖現(xiàn)象——不定胚發(fā)生的機制。百邁客生物為該研究提供了ATAC-seq測序服務(wù)。

研究背景

植物的再生和發(fā)育是一個關(guān)鍵的過程，涉及從組織、器官、愈傷組織甚至具有多能性或多能性的單個細胞中重建整個植物，并通過復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進行細胞命運的轉(zhuǎn)化，深入了解植物的再生和發(fā)育，對于設(shè)計提高作物再生效率的分子工具至關(guān)重要。

不定胚直接從獲得胚性命運的珠心組織細胞亞群發(fā)育而來，作為有性生殖的替代品，在柑橘和芒果等少數(shù)植物中已有報道，因此，對不定胚胎發(fā)生的研究可以為植物再生和發(fā)育的遺傳機制提供獨特的視角；由于缺乏合適的遺傳系統(tǒng)來探索潛在機制，我們對不定胚和再生之間關(guān)系的理解非常有限，在植物再生工程應(yīng)用中，目前已有部分基因被鑒定并用于促進植物再生，從而克服了與物種相關(guān)的局限性，F(xiàn)hRWP的功能和不定胚的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)仍在很大程度上未被了解，已有研究提出，染色質(zhì)重塑復(fù)合體亞基?被認為能夠誘導(dǎo)FhRWP的高表達，該研究通過整合轉(zhuǎn)錄組與染色質(zhì)開放圖景數(shù)據(jù)闡明了FhRWP表達與其表觀遺傳調(diào)控之間的調(diào)控關(guān)系。

材料及方法

材料：單胚基因型和多胚基因型山橘胚珠、腋芽、幼葉及胚源性愈傷組織等；

方法：ATAC+轉(zhuǎn)錄組+重測序+激素檢測等

研究結(jié)果

1.多胚山橘的開放性染色質(zhì)

為了揭示來自珠粒細胞的外胚的重編程模式，作者采用ATAC-seq分析了多胚（PO）及單胚（MO）基因型山橘后胚的胚珠的全基因組染色質(zhì)可及性，結(jié)果表明，PO特異性開放染色質(zhì)區(qū)域（ACRs）基因參與了次級代謝過程、生長正調(diào)控、細胞分化和正向調(diào)控細胞生長。

先前的研究表明，一個顯性基因FhRWP決定了與微型倒重復(fù)轉(zhuǎn)座因子（MITE）插入相關(guān)的不定胚胎的啟動，在PO基因型中FhRWP的啟動子區(qū)中鑒定到了特異性ACR，而Mo基因型中不含ACR，該ACR與FhRWP啟動子區(qū)域的MITE序列重疊，即MITE序列被FhARID1蛋白結(jié)合，這可能是染色質(zhì)重塑復(fù)合體的一個亞基，這些結(jié)果表明，F(xiàn)hRWP是可及染色質(zhì)的決定因素，參與不定胚胎發(fā)育，與MITE的插入有關(guān)。

山橘基因組中與組織再生和體細胞胚胎發(fā)生相關(guān)的hub基因，研究結(jié)果表明，與組織再生和體細胞胚胎發(fā)生相關(guān)的hub基因，有12個ACRs特異性轉(zhuǎn)錄因子在PO和Mo基因型柑橘品種之間存在差異表達，WUSCHEL（WUS）基因是干細胞維持的關(guān)鍵調(diào)控因子，在PO基因型柑橘中表達上調(diào)。FhKRP7kip相關(guān)蛋白（KRP）基因編碼一種細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（CKI），是細胞分裂的負調(diào)控因子。而FhKRP在PO基因型中下調(diào)了0.59倍?？偟膩碚f，分析顯示，多胚胎基因型可能具有更大的染色質(zhì)可及性區(qū)域，促進植物重編程通路相關(guān)基因來調(diào)控不定胚的形成。

2.FhRWP基因的基因編輯結(jié)果展示其在不定胚發(fā)生中的作用

FhRWP基因在胚囊中的表達是特異性和短暫的，可以從受精前7天開始追蹤，直到后10天，作者采用RNAi方法構(gòu)建了6個干擾系，發(fā)現(xiàn)FhRWP在6個干擾系中的表達量相比PO系顯著降低，但顯著高于Mo基因型，且FhRWP表達量降低后不定胚數(shù)量也都減少了，這些結(jié)果提示，受FhRWP控制的不定胚表型可能與基因表達的劑量效應(yīng)有關(guān)。

作者之前的研究顯示的雜合子插入MITE啟動子區(qū)域和一個FhRWP的CDS序列區(qū)域SNP（C-G），導(dǎo)致這個基因的分裂成兩個單倍型，M等位基因（MITE）和P等位基因（沒有MITE）。根據(jù)Mo和PO腋芽的轉(zhuǎn)錄組結(jié)果，作者發(fā)現(xiàn)PO中RWP轉(zhuǎn)錄本高表達P等位基因，而Mo中M等位基因表達較小，于是作者構(gòu)建了CRISPR/Cas9載體，以敲除FhRWP，結(jié)果表明，插入MITE可以通過促進含有MITE的P等位基因的表達，同時減少不插入MITE的M等位基因的表達，從而改變該基因的表達模式。雖然FhRWP在ko-47-1和ko-47-2中的FhRWP的表達下降到與Mo一致的水平，但P等位基因突變導(dǎo)致的過早終止導(dǎo)致了FhRWP功能的喪失，因此，ko-47-1和ko-47-2植株表現(xiàn)出新的表型，如生長遲緩和花芽分化失敗。

此外，對對照和轉(zhuǎn)基因株系的腋芽進行差異表達分析發(fā)現(xiàn)，這些基因在確定植物器官特性和植物器官形成等過程中存在明顯的富集，與開花相關(guān)的FT/TFL1基因家族的表達也存在差異；此外，有研究表明CEN促進了芽的休眠作用，通過酵母單雜交，發(fā)現(xiàn)FhRWP直接調(diào)控FhCEN的啟動子區(qū)域。

柑橘胚愈傷組織的誘導(dǎo)具有明顯的基因型依賴性，作者在Mo基因型山橘中過表達FhRWP的P等位基因CDS，檢測到GFP的植株胚胎愈傷組織增長迅速。qRT-PCR顯示FhRWP表達高度上調(diào)，細胞分裂素、ABA和水楊酸激素水平有顯著變化，而生長素和赤霉素水平則無顯著性差異，F(xiàn)hRWP的過表達有助于Mo基因型山橘莖段上胚胎愈傷組織的形成。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果顯示，WUS和CLV1等再生途徑相關(guān)的低豐度基因表達上調(diào)，在OE-FhRWP愈傷組織中，WUS與CLV1表達量增加，與激素分析結(jié)果一致，與ABA和細胞分裂素合成途徑相關(guān)的基因，包括IPT、CKK、AHK、PYL的表達存在顯著差異。

3.FhRWP在柑橘多種組織繁殖中的多效性

多項實驗結(jié)果表明，F(xiàn)hRWP在協(xié)調(diào)細胞命運和啟動植物再生和繁殖過程中起著關(guān)鍵作用，因此，該研究對腋芽MO/PO胚珠的表達數(shù)據(jù)進行了整合的轉(zhuǎn)錄組分析。差異基因在花器官發(fā)生和繁殖相關(guān)的生物過程顯著富集，其中來自MADS和WOX等基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括FhWUS和FhAGL6，均顯著富集，在過表達的愈傷組織中，共鑒定出354個差異表達的轉(zhuǎn)錄因子，GO注釋顯示與胚胎后發(fā)育和再生相關(guān)的過程顯著相關(guān)。值得注意的是，屬于GRF和TALE等基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括FhAHT1和FhGRF1，表現(xiàn)出顯著的富集，這些基因已被廣泛報道參與光形態(tài)建成、葉片發(fā)育等信號通路。

同時，作者在Mo和PO胚珠中發(fā)現(xiàn)了56個差異表達的轉(zhuǎn)錄因子，它們與分生組織維持和胚胎后發(fā)育相關(guān)的過程顯著相關(guān)，其中，來自NAC、NAC等基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括FhNAC等轉(zhuǎn)錄因子顯著富集。此外，還發(fā)現(xiàn)了另一個與柑橘核細胞胚發(fā)育密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子FhC2H2，這些基因參與了傷口的愈合、再生和繁殖，研究結(jié)果表明，F(xiàn)hRWP可能是一個關(guān)鍵的調(diào)控樞紐，通過調(diào)節(jié)下游轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和影響各種組織來影響植物的再生。

思路發(fā)散

該研究從ATAC-seq入手，先從特異性及差異開放區(qū)域相關(guān)基因中篩選出來部分目的基因，再結(jié)合轉(zhuǎn)錄組基因表達以及大量基因編輯逐步完善FhRWP調(diào)節(jié)柑橘繁殖中的多效性，與直接從轉(zhuǎn)錄組入手篩選基因相比，初篩的基因范圍可能會更小，更利于進一步鎖定關(guān)鍵基因，為后續(xù)其他研究提供了新的思路。

參考文獻：

Song X, Wang N, Zhou Y, Tian X, Xie Z, Chai L, Wu X, Xu Q, Zhang F, Ye J, Deng X. Adventitious embryonic causal gene FhRWP regulates multiple developmental phenotypes in citrus reproduction. Plant J. 2024 Aug;119(3):1494-1507. doi: 10.1111/tpj.16870. Epub 2024 Jun 16.

研究背景

葡萄（Vitis）在全球范圍種植廣泛，即可鮮食又可加工成葡萄酒等，具有很高的經(jīng)濟價值，是農(nóng)民致富、鄉(xiāng)村振興、人民美好生活中不可或缺的重要園藝作物。葡萄屬于葡萄科葡萄屬植物，該屬包括兩個亞屬，麝香葡萄亞屬(Muscadinia Planch)和真葡萄亞屬(Euvitis Planch），共計70余個種；根據(jù)地理分布可將其分為三大類群，歐亞種群、北美種群和東亞種群。

葡萄作為最古老的馴化作物之一（約公元前11,000年），漫長的持續(xù)馴化和多年的育種改良導(dǎo)致現(xiàn)代葡萄品種的遺傳多樣性縮小和抗性丟失，使其易受病蟲、逆境等各種不利條件的影響。近年北美葡萄泛基因組（Genome biology, 2023），歐洲葡萄泛基因組（Nature Genetics, 2024）的相繼報道，野生葡萄以其豐富的遺傳多樣性和超強的抗性基因再次受到關(guān)注，但以大群體染色體級基因組組裝為基礎(chǔ)，涵蓋主要品種，特別是包含東亞野生種葡萄的屬級泛基因組一直未見報道。因此構(gòu)建涵蓋整個葡萄屬的泛基因組將成為了解葡萄遺傳多樣性、開展功能基因組學(xué)研究、識別隱性遺傳特性以及葡萄精準改良的關(guān)鍵資源。

材料方法及研究結(jié)果

該研究首先組裝了釀酒葡萄（Vitis vinifera）霞多麗的完整單倍型基因組，并首次基于ChIP-seq數(shù)據(jù)鑒定了葡萄著絲粒序列，解析著絲粒的衛(wèi)星重復(fù)序列結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)單倍型著絲粒之間的顯著差異，表明其快速進化。其次，該研究通過對591個葡萄材料的群體基因組分析，選取了72個代表性葡萄材料（包括25個野生種和47個栽培種）進行染色體水平的單倍型基因組組裝（圖1），基因組驗證表明這些單倍體基因組序列具有較高的質(zhì)量和完成度。

圖1-葡萄樣品全球地理分布及其果實和葉片形態(tài)

鑒于葡萄基因組因頻繁雜交而具有的高度雜合性，單倍型基因組不僅能精確解析雜合區(qū)域序列，而且對分析葡萄的育種歷史也至關(guān)重要。該研究構(gòu)建了單倍型系統(tǒng)發(fā)育進化樹，揭示了葡萄屬植物復(fù)雜的育種歷史和豐富的遺傳多樣性。結(jié)果顯示，北美和歐洲品種存在較多內(nèi)部雜交，而東亞品種的內(nèi)部雜交較少，跨大洲雜交事件有限（圖2）。特別是東亞葡萄極少被開發(fā)的遺傳多樣性，表明了其潛在的巨大育種價值。此次發(fā)布的東亞野生葡萄基因組為葡萄遺傳育種研究提供了強有力的資源支持。

圖2-144個單倍型基因組系統(tǒng)發(fā)育樹

該研究還分析了72份葡萄材料的泛基因組家族，發(fā)現(xiàn)了超過6.4萬個基因家族，包括不同數(shù)量的核心、可變和私有的基因家族。擬合曲線表明，該研究的泛基因家族數(shù)量趨向飽和，表明葡萄泛基因組接近閉合。研究還系統(tǒng)分析了葡萄屬免疫受體蛋白基因家族NLR，結(jié)合三大種群的葡萄和圓葉葡萄抗霜霉病數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，TIR-NBARC-LRR家族的NLR基因在抗?。ㄒ吧咸眩┖透胁∑咸眩ㄔ耘嗥咸眩┲写嬖陲@著數(shù)量差異，因此有可能是葡萄抗霜霉病表型差異的重要因素之一。該超級泛基因組分析為研究葡萄屬的遺傳多樣性、進化歷史及功能基因挖掘提供了全面的基因組基礎(chǔ)（圖3）。

圖3-葡萄屬72份代表性材料超級泛基因組基因家族圖譜

其次，該研究進一步繪制了目前比較完整的葡萄基因組遺傳結(jié)構(gòu)變異（SV) 圖譜，助力挖掘與抗性及資源利用效率等重要性狀相關(guān)的功能基因（圖4）。該研究通過全基因組序列比對和變異檢測，在67個Euvitis葡萄樣本中鑒定出132,518個非冗余結(jié)構(gòu)變異。功能富集分析表明，這些SV與葡萄葉片形態(tài)、病原識別及生物刺激感知相關(guān)。通過與已知分子標(biāo)記的比較，該研究鑒定到霜霉病抗性分子標(biāo)記Rpv3相關(guān)SV事件，并發(fā)現(xiàn)三大種群中該SV位點的不同單倍型與葡萄霜霉病抗性有顯著關(guān)聯(lián)性，證明該SV是一個關(guān)鍵抗病分子標(biāo)記，突出了超級泛基因組圖譜的價值。

圖4-葡萄屬72份代表性材料結(jié)構(gòu)變異圖譜

最后，該研究使用葡萄結(jié)構(gòu)變異圖譜和基于霞多麗完整基因組序列，構(gòu)建了涵蓋歐、亞、美三大種群的圖形泛基因組?；谠搱D形泛基因組，該研究對113個葡萄樣本的霜霉病抗性表型、氣孔表型以及霜霉病侵染轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行了基因組變異的eQTL分析（圖5），鑒定出63個SV-eQTL和1,808個SNP-eQTL與葡萄抗霜霉病顯著相關(guān)。在63個與霜霉病抗性密切相關(guān)的SV的輔助下，該研究定位到一個氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白基因VvLHT8。進一步的分子功能實驗發(fā)現(xiàn)VvLHT8可能通過負調(diào)控葡萄水楊酸合成和氣孔免疫反應(yīng)進而抑制葡萄抗病性，證實了高質(zhì)量泛基因組輔助的多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析在作物重要農(nóng)藝性狀分子標(biāo)記開發(fā)及功能基因挖掘中的高效性。該研究構(gòu)建的葡萄屬超級泛基因組不僅加深了對葡萄生物進化和育種改良的理解，也為精準改良葡萄抗病性和多樣性提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。

圖5-超級泛基因組圖譜輔助SV-eQTL鑒定及VvLHT8基因功能驗證

研究總結(jié)

該研究提供了比較全面的葡萄屬基因組資源，有助于全面解析葡萄基因組的復(fù)雜性和多樣性，從而高效發(fā)掘并利用葡萄特別是野生葡萄種中的優(yōu)異基因。該研究結(jié)合葡萄屬超級泛基因組、群體轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表型組學(xué)，對葡萄屬遺傳多樣性和重要農(nóng)藝性狀形成機制的深入探索，為未來培育超級葡萄提供了理論基礎(chǔ)和新的思路（圖6），標(biāo)志著葡萄基因組研究邁進新的階段，也必將加速推動我國葡萄種質(zhì)創(chuàng)新和葡萄產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

圖6-葡萄屬超級泛基因組構(gòu)建和應(yīng)用