基因组与转录组分析揭示了藜属植物的平行高海拔适应机制

《Genome Biology》：Genome and transcriptome analyses reveal parallel altitude adaptation in Chenopodium

　　

摘要

背景

要了解作物如何适应不同的环境，就需要对全基因组变异、调控机制以及进化过程进行综合分析。藜属昆诺阿藜是一种全球重要的伪谷物，其高山和低地生态型之间存在明显的生态差异，但该属植物在环境适应方面的遗传和调控基础仍不完全清楚。

研究结果

我们构建了一个全面的基因组和转录组资源库，包括20种藜属植物558个样本的全基因组重测序数据以及295个样本的转录组数据。群体基因组分析显示，这些物种具有极高的遗传多样性，A亚基因组和B亚基因组的进化存在不对称性，且存在广泛的种间基因渗入现象。值得注意的是，贝兰德里藜为栽培昆诺阿藜提供了适应性变异，尤其是在与应激反应和免疫相关的基因上。比较分析发现，昆诺阿藜及其野生近缘种贝兰德里藜在适应高海拔环境方面存在相似的特征，例如一些共同的筛选靶标，如参与养分运输的PTR2基因，以及控制光周期开花的关键词汇CONSTANS。通过全基因组eQTL定位，我们发现了2,659个顺式eQTL和407,628个反式eQTL，它们调控着11,000多个基因。其中一个控制ELF3基因表达的重要顺式eQTL与高山昆诺阿藜种群中常见的上游大片段缺失有关，这类缺失会导致基因表达降低以及下胚轴伸长，这表明调控结构的变化在高山适应过程中起着重要作用。

结论

我们的综合分析表明，编码变异、调控差异以及基因渗入共同推动了野生和栽培藜属植物对不同环境的适应性演化，这一研究不仅为多倍体作物的进化提供了见解，也为培育具有气候适应能力的昆诺阿藜提供了依据。