基於群體轉錄組研究南荻早期適應的分子機制

《基於群體轉錄組研究南荻早期適應的分子機制》是徐芹為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於群體轉錄組研究南荻早期適應的分子機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐芹
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

基因的遺傳多樣性決定生物適應性潛力，但基因表達多樣性對適應性潛力的作用還知之甚少。南荻作為最有潛力的新一代能源作物，需要快速適應多種邊際性環境。為了研究南荻的適應性潛力，本研究組前期比較了原生境和兩個不同引種環境的南荻群體轉錄組，發現在新環境下，與逆境相關的基因的遺傳多樣性下降而表達多樣性上升。前期研究表明基因表達多樣性的升高對於南荻早期的適應性起到了積極的作用。本申請計畫在前期基礎上，選取更加乾旱和低溫的甘肅環縣實驗地，對該地的南荻群體進行RNA-seq。綜合運用生物信息學，遺傳學以及生物統計學的手段比較4種環境下的基因表達多樣性和遺傳多樣性，通過環境間共同的變異規律鑑定適應性候選基因。並分析這些候選基因的表達多樣性和遺傳多樣性的變化程度與外界逆境程度的相關性，以及適應性關鍵基因所富集的功能和表達調控路徑及其相互關係等。該項目旨在揭示南荻的早期快速適應機制，加速能源作物在邊際性土地馴化。

結題摘要

南荻作為最有潛力的新一代能源作物，需要快速適應多種邊際性環境。為了研究南荻的適應性潛力，本項目在前期基礎上，綜合運用生物信息學，遺傳學、進化生物學以及生物統計學手段，比較不同環境下基因的表達多樣性和遺傳多樣性，通過環境間共同的變異規律鑑定適應性候選基因，分析適應性關鍵基因所富集的功能和表達調控路徑及其相互作用關係。本研究主要取得了以下三個重要進展：1、南荻居群間存在頻繁的基因流，而表達水平、遺傳多樣性、單倍型、群體結構和環境是決定基因表達變異的重要因素，均在不同程度上影響基因表達變異，其中環境貢獻最大；2、在南荻適應環境變化的過程中，長非編碼RNA比蛋白編碼信使RNA對環境改變更加敏感，可能經歷了更多鬆弛選擇或者趨異進化，且長非編碼RNA有助於提高水分利用效率等適應脅迫環境的重要性狀；3、在新的脅迫環境中，增加的表達多樣性可以補償遺傳多樣性喪失導致的適應性潛力下降，使得種群保持一定水平的表型變異，以應環境快速變化。這一表達多樣性增加緩衝適應性潛力快速減少的假說，通過唯象方程理論化並獲得南荻群體轉錄組數據的支持。這些研究初步揭示南荻在早期快速適應脅迫環境的分子機制，幫助加速能源作物在邊際土地的馴化。