等位基因特异性染色质动态是杂交杨树‘Nanlin895’杂种优势及枝条发育的基础

《Plant Molecular Biology》：Allele-specific chromatin dynamics underpin heterosis and shoot development in hybrid poplar ‘Nanlin895’

杨树杂交品种Nanlin895的亚基因组A/B特征及染色质调控研究，通过基因家族互补扩张和不同发育阶段（顶端分生组织、茎节间）的等位特异性表达分析，揭示subA/subB在细胞分裂/木质部功能基因表达中的差异，结合CESAs、HB51、WOXs等关键基因的染色质定位，阐明三维基因组异源杂种优势机制。

　　

摘要

在我们之前关于快速生长的杂交杨树〈Populus deltoides〉×〈Populus euramericana〉品种‘Nanlin895’的研究中，我们以〈Populus trichocarpa〉的基因组作为参考，鉴定出了与生长相关的关键基因。然而，许多新发现的基因元件（如新注释的转录本、启动子、调控序列和开放染色质区域）的表征仍然不足，这种情况通常是由于基因组组装不完整造成的。这些元件可能通过调控数量性状对枝条的发育产生重要影响。在本研究中，我们验证了‘Nanlin895’的杂交特性，发现子基因组A（subA）和子基因组B（subB）分别反映了〈P. deltoides〉和〈P. trichocarpa〉的特征。我们还展示了基因家族的互补性扩张和收缩现象，这些现象有助于增加等位基因的多样性。随后，我们对枝条顶端分生组织、节间1-3以及节间4-5中的等位基因特异性表达、染色质结构和开放染色质区域进行了详细分析，这些节间代表了枝条发育的不同阶段。通过对不对称表达的分析，我们发现了6279个在枝条发育过程中差异表达的基因，其中3154个来自子基因组A，3125个来自子基因组B，并发现子基因组A和子基因组B表现出不同的表达模式：例如，与维管功能相关的基因主要在子基因组B中表达，而与细胞分裂相关的基因则主要在子基因组A中表达。通过分析拓扑关联域和开放染色质区域，我们将染色质特征与关键基因（如CESAs、HB51、WOXs）的调控联系起来，这些基因在茎的不同部位有所表达。这些结果揭示了‘Nanlin895’杂种优势的遗传基础和三维染色质结构，为通过分子育种策略改善林业和生物能源特性奠定了基础。