近期，武漢植物園陳進明研究團隊在植物學經典期刊Plant Physiology上發表了關于種間順反式調控變異如何作用于蓮屬植物花色分化的研究論文。 

　　順、反式調控變異（cis- and trans-regulatory variants）分別通過改變基因周圍的調控區域（如啟動子）或與其作用的反式作用因子（如轉錄因子）來影響基因表達變化，進而參與物種演化過程中表型多樣性的形成。然而在植物近緣種分化過程中，全基因組水平順反式調控變異是如何影響基因表達分化從而形成種間花器官表型差異的作用機制研究方面甚少，了解以下三個具體問題將有助于我們理解植物順反式調控變異對表型分化的作用機制：（1）順反式調控變異對種間基因差異表達的相對貢獻是否一樣？（2）受不同類別的順反式調控變異作用的基因在雜交F1代中的表達模式是否具有特定的遺傳方式（包括加性、顯性或超親性遺傳）？（3）順反式調控變異的類別與基因多效性約束的相對強度（特別體現在基因表達模式、復制事件以及基因功能方面的多效性約束）是否存在著關聯？ 

　　針對上述三個問題，本研究以蓮屬植物中花色上發生顯著表型分化的蓮Nelumbo nucifera（紅色花）和美洲黃蓮N. lutea（黃色花）以及兩者的雜交F1代的花瓣為研究對象，利用重測序和轉錄組數據中的SNP標記進行等位基因特異性表達分析，結合高效液相色譜儀對花青素或類胡蘿卜素含量的測定，來探究蓮屬植物兩物種間花色分化的順反式調控變異相關問題，著重關注順反式調控變異對花色合成代謝通路中關鍵基因的調控作用。主要研究結果如下：（1）反式調控變異與蓮屬植物物種間花瓣組織中差異表達的基因具有相對較高的相關性，同時與種間差異表達基因中美洲黃蓮的高表達更相關；（2）在花色含量相關的加權共表達網絡中的連通性高的基因（hub genes）更易受發生反式調控變異，從而參與色素基因調控網絡的種間分化；（3）不同類別受順反式調控變異的基因在雜交F1代中傾向于特定的基因表達遺傳方式，具體包括受僅順式調控變異或僅反式調控變異的基因在雜交F1代中分別傾向于加性遺傳或顯性遺傳方式，而受順反式補償（Cis-Trans compensating regulatory variants）或完全補償調控（Cis-Trans compensatory regulatory variants）的基因則顯著富集于超親遺傳方式；（4）在基因多效性約束的不同方面，受僅反式調控的基因具有更高的表達廣譜性和表達水平，并更容易在蓮的全基因組復制事件后保留，并受到更高的清除性選擇壓力作用；（5）在與花色含量顯著相關的加權共表達網絡的高連通性基因（hub genes）中有大量的已知花青素、類胡蘿卜素通路關鍵基因，如受順反式補償調控的ACT基因和受順反式增強調控的GSTF11基因在蓮中顯著高表達，而受僅順式調控變異的LCYE基因在美洲黃蓮中顯著高表達，表明了兩類花色素關鍵酶類基因的種間順反式調控變異影響了花色素積累的表達分化。 

　　研究成果以“Expression inheritance and constraints on cis- and trans- regulatory mutations underlying lotus color divergence”為題發表在Plant Physiology上。武漢植物園水生植物生物地理學科組高志妍博士為第一作者，美國藝術與科學院院士（杜克大學）Mark D. Rausher教授、武漢植物園陳進明研究員和石濤副研究員為共同通訊作者。相關研究得到中國科學院戰略性先導科技專項（XDB31000000）、國家自然科學基金項目（32170240，31870208，31700197）、中國科學院青年創新促進會項目（2019335）和武漢市園林科學研究院項目（WHGF2019A10）等資助。

　　論文鏈接

圖1 蓮、美洲黃蓮的種間不同順反式調控變異類型占比

圖2 不同類別的順反式調控變異與特定的遺傳模式的關系