顺式调控变异和转录因子结合共同促成玉米基因表达中等位基因型—环境互作效应

基因型—环境互作（GxE），即不同基因型在变化环境中的表现差异，是表型变异的普遍来源，并构成局部适应差异的基础。尽管GxE已在各生命界中得到充分表征，但关于GxE互作成因的认识，尤其是在分子层面，仍然相对有限。在本研究中，我们利用玉米（Zea mays L.）B73 × Mo17杂交种中等位基因特异性基因表达的估计值，分离两个亲本等位基因各自对基因表达的顺式调控效应。该杂交种在两种环境中生长，我们利用亲本等位基因之间的表达差异来表征等位基因—环境（AxE）互作，并研究基因邻近序列变异对转录本丰度AxE的影响。我们检验了这样一个假设：基因邻近序列变异能够通过改变转录因子结合而引起基因表达中的GxE。 我们的结果表明，在启动子区域存在序列变异的基因中，表现出转录水平AxE的基因虽仅呈现幅度较小但稳定一致的富集。此外，我们证明，由序列变异引起的转录因子结合潜能差异在AxE基因中同样富集。基于序列变异和转录因子结合变异训练的预测模型显示，尽管这些特征包含一定信息，可用于判断某个基因是否会表现出转录水平AxE，但仅凭这些特征仍不足以可靠地区分AxE基因。上述发现支持了这样一种假设：基因表达层面的GxE可能由改变转录因子结合的序列变异所致，同时也进一步强调了GxE互作的复杂性及其情境特异性。

基因型与环境互作（GxE），即不同基因型在不同环境中的表现差异，是表型变异的普遍来源，并构成局部适应差异的基础。尽管GxE已在生命各界中得到充分表征，但关于其成因，尤其是在分子水平上的机制，仍知之甚少。在本研究中，我们利用玉米（Zea mays L.）B73 × Mo17杂交种中等位基因特异性基因表达的估计值，分离两个亲本等位基因在基因表达上的顺式调控效应。该杂交种在两种环境中生长，我们利用亲本等位基因之间的表达差异来表征等位基因与环境互作（AxE），并研究基因邻近序列变异对转录本丰度AxE的影响。我们检验了这样一个假设：基因邻近序列变异可以通过改变转录因子结合而导致基因表达中的GxE。

我们的结果表明，在表现出转录水平AxE的基因中，启动子区域的序列变异虽程度较小但呈现出一致的富集。此外，我们证明，由序列变异引起的转录因子差异结合潜能在AxE基因中同样表现出富集。基于序列变异和转录因子结合变异训练的预测模型显示，尽管这些特征包含了一定的信息，可用于判断某个基因是否会表现出转录水平AxE，但仅凭这些特征尚不足以可靠地区分AxE基因。这些发现支持了如下假设：能够改变转录因子结合的序列变异可导致基因表达层面的GxE，同时也进一步强调了GxE互作的复杂性和情境特异性。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.742149v1?rss=1

🏷️ 玉米 基因型-环境互作 顺式调控变异 转录因子结合 等位基因特异性表达