综述:基因组平衡对基因表达及生物体的影响

【字体: 时间:2025年07月25日 来源:Current Opinion in Physiology 2.5

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  这篇综述系统阐述了染色体剂量变化(非整倍性aneuploidy)通过正/负相关调控网络影响全基因组表达,揭示了基因剂量效应与分子复合物亚基化学计量比(stoichiometry)的关联,并探讨了其在多倍体(WGD)进化、转录组规模调控及表型缺陷中的核心作用。

  

基因组平衡效应的分子机制与进化意义

Introduction
基因组失衡通常指单个染色体的增加或缺失(非整倍性),而非整套染色体的变化。早期对曼陀罗(Datura stramonium)的研究发现,不同染色体的三体性会显著改变形态特征和色素含量,而三倍体/四倍体的影响较弱,提示染色体剂量与背景倍性的相对变化是关键。分子水平上,玉米1号染色体长臂的剂量变化可全基因组范围调控基因表达,其中负相关性(inverse correlation)占主导。当靶基因同时受剂量效应和负调控作用时,会出现剂量补偿现象(dosage compensation),使其表达水平接近平衡状态。

分子复合物的化学计量约束
模型分析表明,分子复合物的组装效率取决于亚基的化学计量比。桥接亚基(bridge subunit)浓度的变化会导致复合体完整度先升后降,而外围亚基仅引起平台效应。酵母实验证实,参与大分子复合物的基因杂合缺失会显著降低适应性。这些发现与进化基因组学数据一致:全基因组复制(WGD)后,大分子复合物相关基因更易保留,而小规模复制则倾向于避开此类基因,说明其剂量敏感性源于互作网络中心性(interactome centrality)。

跨物种与组织的平衡效应
玉米胚乳(三倍体)中非整倍性的调控效应弱于二倍体胚胎,再次印证背景倍性的重要性。果蝇研究中,杂合状态的转录因子、信号转导元件或染色质蛋白可双向调控报告基因white的表达,RNA-Seq显示其靶标基因呈现以负相关为主的全局调控。

基因组平衡的进化轨迹
多倍化事件后,基因丢失(fractionation)的速率因基因功能而异:复合物成员因剂量约束保留更久,而转录因子和信号组分易被删除。高重组率物种中,同源染色体间的交换会延缓基因丢失,但化学计量原则仍适用。

Future directions
未来需解析调控复合物中单个亚基的剂量变化如何影响整体功能,尤其关注共享亚基在多复合物体系中的平衡效应。这些研究将深化对基因组失衡导致表型缺陷的分子机制认知。

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