低親和力轉錄因子SPL結合位點參與小麥亞基組表達分化

責編 | 王一

小麥

（

Triticum aestivum

L。）

是世界上種植面積最廣、總產量最高的三大糧食作物之一，其產量和質量關係到世界的糧食安全

。普通小麥是異源六倍體

（AABBDD， 2n=6x=42）

，在形成過程

中經歷了兩次異源多倍化。小麥三個亞基因組的基因表達模式和水平的分化被認為是小麥多倍體優勢形成的基礎，但是基因表達分化產生的基礎並不清楚。

SPL

（SQUAMOSA promoter binding protein-like）

是植物特有的一類轉錄因子，在植物的生長髮育和脅迫應答中發揮著重要作用，因此係統研究

SPL

轉錄因子家族在小麥中的結合和表達分化對於小麥功能基因研究具有重要意義。

近日，中國農業科學院作物科學研究所

路則府

研究員團隊聯合山東農業大學

王永紅

教授團隊和中國科學院遺傳與發育生物學研究所

童依平

研究員團隊在

Science China Life Sciences

線上發表了題為

Low-affinity SPL binding sites contribute to subgenome expression divergence in allohexaploid wheat

的研究論文，發現了低親和力轉錄因子SPL結合位點參與小麥亞基組表達分化。

該研究利用

DNA親和純化測序

（DAP-seq）

技術

和染色質開放圖譜鑑定技術

（ATAC-seq）

，獲得了小麥40

個

SPL

轉錄因子的全基因組高質量結合圖譜

（圖A）

，發現SPL

結合區域

SNP

的變異較小，並和很多重要的農藝性狀相關

（圖B-C）

。根據

SPL

結合的數目，將

SPL

結合區域

（SBRs）

分為核心結合位點和非核心結合位點，分析發現SPL

對核心

SBRs的結合較非核心SBRs強度更高，並且SPL

的結合強弱與靶序列中

GTAC

的側翼序列相關。

GO

分析顯示，高親和結合位點相關的基因在生長髮育、生長素訊號通路等生物學過程中富集，低親和結合位點相關的基因在生物脅迫和非生物脅迫等生物學過程中富集，說明高低親和結合位點相關的基因在功能上存在分化。

此外，透過對

S

PL

基因表達譜、轉錄調控活性檢驗等系統分析，發現不同亞基因組的

SPL

功能差異低於不同亞家族的差異。

SPL對在不同亞基因組共線性基因附近調控序列的結合存在明顯差異，僅有不到8%的“triads”基因同時受到同樣SPL

所調控，並且

SPL

的差異結合對共線性基因的非平衡表達相關聯，暗示調控區的序列變異是小麥多倍體表達分化的重要基礎

（圖D-F）

。

進一步透過敲除

TaSPL7

和

TaSPL15

的遺傳學材料驗證了

SPL

功能的保守性和多樣性，也證明低親和力位點對於小麥亞基因組的差異表達發揮了重要作用

（圖F）

。該研究系統解析了六倍體小麥中SPL類轉錄因子家族的調控網路，發現SPL可能參與小麥很多重要農藝性狀基因的表達調控

（圖G）

，並且其低親和力結合位點對小麥SPL的功能分化具有重要貢獻，為小麥改良提供了理論指導和基礎材料。

圖：結合DAP-seq和ATAC-seq鑑定SPL全基因組結合位點揭示了低親和力SPL結合位點參與小麥亞基因組表達分化的建立。

A。 整體實驗和分析流程圖。

B。 各類SPL結合位點的保守性均較高。

C。 各類SPL結合位點富集的GWAS訊號。

D。 來自於不同亞基因組的SPL7之間結合位點的差異。

E。 不同亞基因組差異結合的SPL結合點的比例統計。

F。 共線性基因受SPL調控的轉化情況。

G。 TaSPL7A/B/D和TaSPL15A/B/D基因敲除的六突變體表型。

中國農業科學院作物科學研究所博士後

裴洪翠

、副研究員

高麗鋒

以及中國科學院遺傳發育所助理研究員

滕婉

為本文共同第一作者。中國農業科學院作物科學研究所

路則府

研究員和山東農業大學

王永紅

教授為共同通訊作者。該工作得到了中國農業科學院作物科學研究所基本科研業務費、國家自然科學基金委、中央公益性科學機構基礎研究基金以及山東省自然科學基金、

“一事一議”專案的經費支援。

論文連結：

http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-022-2202-3

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