拟南芥粗山芥中同源多倍体化呈现出一个转瞬即逝但充满潜力的转录可塑性增强窗口。

全基因组复制（WGD，多倍体化）是真核生物进化中的一种普遍特征，常被视为进化成功与创新的来源，即一种导致适合度提高的大突变（即“有希望的怪物”）。然而，新生多倍体偶发性成功背后的机制仍然难以阐明，尤其是从转录组学的角度来看。理论认为，重复的遗传网络具有更强的冗余性和更高的输出变异性，从而在胁迫时期促进对适应景观的探索。人工合成的新多倍体突变体为检验这一观点提供了理想体系；然而，在进化背景下比较同一物种天然与人工合成不同倍性材料之间共表达网络模式的实证研究仍然缺乏。本文比较了拟南芥近缘种 Arabidopsis arenosa 的二倍体、人工合成自源四倍体以及天然稳定自源四倍体群体，以探究多倍体化在缺水胁迫条件下对基因表达复杂性与可塑性的短期和长期影响。 转录组分析显示，人工合成的新生四倍体探索了最广泛的表达空间，并表现出数量最多的胁迫响应基因。共表达网络分析表明，新生四倍体的网络被分割为多个高度连接的模块，其中胁迫响应基因优先充当模块间的“桥梁”。相比之下，二倍体和稳定四倍体表现出较低的表达变异、更强的模块化结构，且胁迫响应基因嵌入于界定清晰的模块之中。此外，人工合成四倍体显示出与植物适合度代理指标相关的模块数量最多，提示转录冲击导致了更高的输出方差。综上，我们的结果表明，WGD 会诱导一个短暂的转录组扩张和网络无序化阶段，从而拓宽表型景观，随后经历进化稳定化，并最终在稳定多倍体中保留部分有利的新特征。这一发现支持了将新生多倍体视为“有希望的怪物”的观点，即短期不稳定性创造了一个变异性和可塑性增强的窗口，从而赋予其长期的进化潜力。

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🏷️ 全基因组复制 多倍体化 转录可塑性 共表达网络 干旱胁迫 拟南芥属