柑橘与枳壳杂交种对黄龙病耐受性的基因表达调控遗传架构解析

这篇综述通过构建高精度单倍型分型的杂交种US-897基因组，结合转录组分析揭示了柑橘（Citrus reticulata）与枳壳（Poncirus trifoliata）杂交后代对黄龙病（HLB）耐受性的基因调控机制。研究发现80%差异表达基因呈现显性遗传模式，且顺式调控（cis-regulation）是种间表达分化的主要驱动力，而病原响应基因的调控则更多依赖反式作用（trans-regulation）。特别鉴定了NPR3/NPR4等免疫负调控因子的等位基因特异性表达（ASE）与HLB耐受性的关联，为柑橘抗病育种提供了分子靶点。

　　

柑橘与枳壳杂交种对黄龙病耐受性的基因表达调控遗传架构解析

引言

黄龙病（Huanglongbing, HLB）由韧皮部限制性细菌Candidatus Liberibacter asiaticus（CLas）引发，是威胁全球柑橘产业的毁灭性病害。研究者利用柑橘（Citrus reticulata）与野生近缘种枳壳（Poncirus trifoliata）杂交培育出耐受性品种US-897，其感染后仅表现轻微症状，而母本Cleopatra则出现典型萎黄症状。为解析其分子机制，研究团队构建了US-897的单倍型分型基因组，通过亲本-杂交三组转录组分析，揭示了基因表达遗传模式与调控架构。

结果

F₁杂交种US-897的二倍体参考基因组组装

采用PacBio HiFi测序（108.75X覆盖度）和k-mer分型技术，成功将US-897的602 Mb基因组分解为枳壳（282.4 Mb，N50=29.9 Mb）和柑橘（321.4 Mb，N50=34.1 Mb）单倍型。注释发现两单倍型分别含33,431和31,602个基因，其中22,419个为直系同源基因（RBH），为等位基因表达分析奠定基础。

US-897中普遍存在的表达水平显性

在20,981个表达基因中，9,522个存在基因型差异表达，其中80.83%呈现显性遗传模式——43.45%偏向母本Cleopatra，37.38%偏向父本Flying Dragon。仅3.18%基因表现超亲表达（transgressive）。通过线性模型分析，发现784个基因的表达显著偏离加性遗传模式。

顺式调控主导基因表达分化

等位基因特异性表达（ASE）分析显示，59%的差异表达基因受顺式调控变异驱动。枳壳与柑橘单倍型间表达差异的41.6%可由ASE解释（R²=0.416）。值得注意的是，具有最大ASE效应的基因多属加性遗传模式，暗示大效应顺式调控变异的存在。

CLas响应基因的顺式调控特征减弱

在629个病原响应基因中，ΔASE仅能解释13.4%的亲本表达差异（R²=0.134），显著低于非胁迫条件。虽然部分基因仍显示等位基因特异性响应（如Quadrant II基因中父本等位表达显著上调），但整体表明病原响应更依赖反式调控网络。

植物免疫相关基因的顺式调控

系统获得性抗性（SAR）通路基因NPR3和NPR4在US-897中呈现加性表达，其表达量介于亲本之间。有趣的是，NPR3的枳壳等位基因在杂交种中反常高表达，而NPR4则保持经典顺式调控模式。这些免疫负调控因子的表达重编程可能与HLB耐受性相关。

讨论

研究首次在柑橘杂交种中系统解析了基因表达的遗传架构：显性模式占主导，顺式调控变异是种间表达分化的主要驱动力。虽然病原响应基因的调控更复杂，但NPR3/NPR4等关键免疫调节因子的等位基因动态仍显示顺式调控的重要性。该工作为利用野生近缘种抗性等位基因培育抗病品种提供了理论依据，单倍型分型基因组资源将加速柑橘分子育种进程。

材料与方法

实验在加州柑橘研究基金会隔离设施内完成，通过柑橘木虱（Diaphorina citri）介导接种CLas，接种18天后采集新梢进行转录组测序。基因组组装采用verkko trio分型流程，基因注释基于BRAKER流程。差异表达分析使用limma-voom模型，ASE通过Salmon量化等位基因转录本丰度。