近日，中国农业科学院棉花研究所马雄风和张永山研究员团队通过系统比较单倍体、杂交和多倍体棉花的转录组动态进化，解析了棉属异源多倍化的亚基因组表达分化与顺-反调控关联，揭示了基因组复制塑造调控复杂性的机制，并为解读植物中由多倍体驱动的转录进化提供了更广阔的框架。相关研究成果以“The evolution of gene expression in allopolyploid cotton relative to parental diploids and induced haploids”为题在线发表在《生物技术通报（英文版）（aBIOTECH）》（JCR分区5.0/Q1，5年平均影响因子5.1）上。

异源多倍化作为一种包含种间杂交与全基因组复制的进化过程，对植物具有即时与长期的进化影响。然而，由于缺乏人工重组的异源多倍体，棉花基因组加倍的即时效应仍缺乏充分研究。

该研究利用异源四倍体陆地棉、海岛棉，以及它们衍生的单倍体，用来反向解析基因组加倍过程，并引入了二倍体祖先近缘种亚洲棉和雷蒙德氏棉，以及它们的杂交F1代，代表棉花异源多倍化的各个阶段。通过比较上述材料的叶片转录组发现，单倍体与异源四倍体的转录差异较小，并且与核小体动态有关，表明相比于基因组加倍的快速变化，长期进化过程的显著作用。进一步研究发现，染色体倍性降低导致的转录环境变化使同源基因表达偏向性降低，并且影响到磷酸激酶活性、色素代谢过程和氧化还原酶活性等生物学功能。此外，该研究在转录水平、同源基因表达偏向性、顺-反调控和非加性表达模式中都观察到单倍体向杂交F1代变化的微弱趋势，并且富集到了一些特定的生物学功能。该研究通过系统比较不同基因组倍性的棉花，整合差异基因表达、同源表达偏向性、进化效应、顺-反调控和非加性表达分析，揭示了基因组合并和加倍后基因表达演化的阶段性变化，结果表明虽然倍体的即时变化对整体基因表达影响有限，但影响了与染色体动态和转录调控相关的特定生物过程。研究结果为解析棉花中异源多倍化的转录组后果提供了更详细的视角，揭示了基因表达演化的时间动态及其潜在的调控机制。

该研究得到了新疆重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目联合资助。中棉所为第一单位和通讯单位，共同参加单位包括中国农业科学院深圳农业基因组研究所、中国农业科学院西部研究中心和华中农业大学。中棉所胡冠菁研究员和张永山研究员为论文的共同通讯作者。中棉所和基因组所联培博士生罗皓天及中棉所李燕副研究员为该论文的第一作者。中棉所马雄风研究员对该研究作出了重要指导。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.abiote.2025.100019

同源基因表达偏向性与进化效应