玉米全基因組水平

　　7月2日，The Plant Cell雜志在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國家玉米改良中心田豐教授團(tuán)隊(duì)與楊小紅教授團(tuán)隊(duì)合作題為“Genome-Wide Association Analyses Reveal the Importance of Alternative Splicing in Diversifying Gene Function and Regulating Phenotypic Variation in Maize”的研究論文。該研究揭示了可變剪接在豐富基因功能和調(diào)控表型變異方面發(fā)揮的重要作用。

　　可變剪接，又稱選擇性剪接，是指前體mRNA通過選擇不同的剪接位點(diǎn)，將內(nèi)含子切除，把不同的外顯子連接在一起從而產(chǎn)生多種成熟mRNA剪接異構(gòu)體的過程?？勺兗艚釉谡婧松镏袕V泛存在，是調(diào)節(jié)基因表達(dá)和產(chǎn)生蛋白質(zhì)組多樣性的重要機(jī)制。為了解析可變剪接自然變異的遺傳調(diào)控基礎(chǔ)，揭示可變剪接如何與其他分子調(diào)控機(jī)制偶聯(lián)以及可變剪接對表型變異的貢獻(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)以368份玉米自交系的未成熟籽粒為研究材料，利用先前發(fā)表的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析了玉米全基因組水平的可變剪接情況，并利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的方法進(jìn)行了可變剪接變異數(shù)量性狀位點(diǎn)（splicing quantitative trait locus, sQTL）定位。

　　研究發(fā)現(xiàn)玉米基因組中超過50%的基因存在可變剪接，內(nèi)含子保留為*主要的可變剪接方式?？勺兗艚幼匀蛔儺愡z傳結(jié)構(gòu)相對簡單，順式調(diào)控效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反式調(diào)控效應(yīng)。分析sQTL的效應(yīng)發(fā)現(xiàn)僅有25%的sQTL存在不同基因型間主要轉(zhuǎn)錄本的轉(zhuǎn)換，大部分sQTL僅涉及到較小剪接比的變化。深入分析sQTL的調(diào)控特征發(fā)現(xiàn)，sQTL所調(diào)控的轉(zhuǎn)錄本傾向具有不同的蛋白功能，并且無義介導(dǎo)的mRNA降解（nonsense-mediated mRNA decay, NMD），microRNA以及小干擾多肽（small interfering peptides, siPEPs）頻繁參與sQTL調(diào)控，說明可變剪接除了增加轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的多樣性外，也通常與不同層次的分子調(diào)控機(jī)制偶聯(lián)調(diào)控基因的表達(dá)和翻譯。研究還觀察到可變剪接與基因總體表達(dá)水平受相對獨(dú)立的遺傳調(diào)控，體現(xiàn)在對順式調(diào)控元件的不同偏好性上。通過鑒定全基因組反式剪接調(diào)控因子，發(fā)現(xiàn)一個編碼甘氨酸富集RNA結(jié)合蛋白ZmGRP1調(diào)控大量下游基因的可變剪接，并利用CRISPR/Cas9敲除系證實(shí)了ZmGRP1對可變剪接的調(diào)控作用。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)很多sQTL直接與表型性狀QTL共定位，并且大多數(shù)sQTL不影響基因總體表達(dá)水平的變化，說明可變剪接對表型變異發(fā)揮了重要作用。該研究為全面理解可變剪接的遺傳與分子調(diào)控機(jī)制提供了重要參考，同時(shí)也為研究表型變異提供重要的線索。

　　該研究由我校和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成，我校陳秋月博士、韓英佳博士和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)劉海軍博士為論文共同*作者，我校教授田豐、楊小紅為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青年千人計(jì)劃和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的支持。

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