- 3 次围观
植物的胁迫响应发生在生理、代谢和生长的日周期过程中，因此时间是驯化适应中的一个关键维度。在拟南芥中，昼夜节律和昼夜性调控会影响对非生物胁迫（包括低温）的响应，但这种时间性调控在作物基因组中如何被保守、分化或扩展仍不清楚。这个问题在芸薹属白菜型油菜（Brassica rapa）中尤具挑战性，因为该物种在与拟南芥分化后经历了一次全基因组三级复制，导致保留了多个旁系同源基因，这些基因可依据与拟南芥的直系同源关系及古老亚基因组同源关系进行分组。在本研究中，我们构建了一个涵盖六种形态类型的B. rapa泛基因组，并利用其分析了不同材料中昼夜性（24小时）低温驯化响应，这些材料在抗冻性方面存在差异。低温改变了数千个基因的表达峰值时间，我们据此将其归入不同的时相变化组。昼夜节律叶片运动测定显示，不同材料在低温条件下的生物钟周期和温度补偿方面存在特异性差异，提示生物钟行为的改变可能部分促成了昼夜性转录组的重新定时。在单个基因水平上，推断得到的基因调控网络（GRNs）具有很强的材料特异性，并且在低温胁迫下失去了共享的连通性。然而，按其对应的拟南芥直系同源基因对这些旁系同源基因进行分组后，揭示出一种高度保守的调控架构，而这种架构原本被旁系同源基因的功能分化所掩盖。将这些网络与功能通路整合后，我们鉴定出了一些重新定时过程中的关键候选调控因子，包括与夜间磷酸化和白天光合作用相关的模块。最后，通过分析整个泛基因组中的保守非编码序列，我们在低温重新定时组内进一步优先筛选出了特定的调控靶标。总体而言，这些结果表明，B. rapa中的低温驯化是由昼夜性重新定时、旁系同源基因特异性调控以及深度保守的调控程序共同塑造的。
植物对胁迫的响应发生在生理、代谢和生长的日周期之中，因此，时间构成了驯化适应的一个关键维度。在拟南芥中，昼夜节律与昼夜调控会影响对非生物胁迫（包括低温）的响应，但这种时间性调控在作物基因组中如何被保守、分化或扩展，仍不清楚。对于白菜型油菜（Brassica rapa）而言，这一问题尤具挑战性，因为其在与拟南芥分化之后经历了全基因组三倍化，导致保留了多个旁系同源基因，这些基因可依据与拟南芥的直系同源关系及古老的亚基因组同源关系进行分组。在本研究中，我们构建了一个涵盖六种形态类型的 B. rapa 泛基因组，并利用其分析了不同材料在昼夜（24 h）低温驯化响应中的特征，这些材料在抗冻性方面存在差异。低温改变了数千个基因的表达峰值时间，我们据此将其归类为不同的相位变化组。昼夜节律性叶片运动测定显示，不同材料在低温条件下的生物钟周期和温度补偿方面存在特异性差异，提示改变的时钟行为可能部分促成了昼夜转录组的重新定时。在单基因水平上，推断得到的基因调控网络（GRNs）具有很强的材料特异性，并且在低温胁迫下丧失了共享连通性。然而，按其拟南芥直系同源基因对这些旁系同源基因进行分组后，我们发现了一种高度保守的调控架构，而这种架构原本会被旁系同源基因的分化所掩盖。将这些网络与功能通路整合分析后，我们鉴定出了一些与重新定时过程相关的关键候选调控因子，包括与夜间磷酸化和白天光合作用相关的模块。最后，通过分析泛基因组中的保守非编码序列，我们在低温重新定时组内进一步优先锁定了特定的调控靶标。总体而言，这些结果表明，B. rapa 的低温驯化是由昼夜重新定时、旁系同源基因特异性调控以及深度保守的程序共同塑造的。
感谢您有兴趣帮助传播 bioRxiv。
注意：要求提供您的电子邮箱地址仅用于将您识别为本文的发送者。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.24.740384v1?rss=1
🏷️ 昼夜节律 低温驯化 旁系同源基因 泛基因组 基因调控网络 保守非编码序列