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PNAS:拟南芥杂种的生物学通路表达互补作用于杂种优势

已有 647 次阅读 2021-4-16 16:10 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Biological pathway expression complementation contributes to biomass heterosis in Arabidopsis

第一作者Wenwen Liu

第一单位北京大学

通讯作者Xing Wang Deng


 Abstract 


背景回顾:The mechanisms underlying heterosis have long remained a matter of debate, despite its agricultural importance. 


提出问题:How changes in transcriptional networks during plant development are relevant to the continuous manifestation of growth vigor in hybrids is intriguing and unexplored.


主要研究:Here, we present an integrated high-resolution analysis of the daily dynamic growth phenotypes and transcriptome atlases of young Arabidopsis seedlings (parental ecotypes [Col-0 and Per-1] and their F1 hybrid). 


结果1-亲本表达网络:Weighted gene coexpression network analysis uncovered divergent expression patterns between parents of the network hub genes, in which genes related to the cell cycle were more highly expressed in one parent (Col-0), whereas those involved in photosynthesis were more highly expressed in the other parent (Per-1). 


结果2-杂种的高亲本显性表达互补:Notably, the hybrid exhibited spatiotemporal high-parent–dominant expression complementation of network hub genes in the two pathways during seedling growth. This suggests that the integrated capacities of cell division and photosynthesis contribute to hybrid growth vigor, which could be enhanced by temporal advances in the progression of leaf development in the hybrid relative to its parents.


结论:Altogether, this study provides evidence of expression complementation between fundamental biological pathways in hybrids and highlights the contribution of expression dominance in heterosis.


 摘 要 


尽管杂种优势在农业上应用很广、十分重要,但其潜在的机制长期以来一直都有争论。植物发育过程中转录网络的变化如何与杂种生长活力的持续表现相关联,这是一个十分有趣、但尚未被探索的问题。本文中,作者报道了一个整合幼年拟南芥实生苗(包括亲本生态型Col-0和Per-1及其F1杂种子代)日动态生长表型和转录图谱的高分辨率分析。加权基因共表达网络分析揭示了网络核心基因在亲本之间的差异表达模式;其中,与细胞周期相关的基因在一个亲本(Col-0)中表达量更高,而参与光合作用的基因在另一个亲本(Per-1)中表达量更高。值得注意的是,在幼苗生长过程中,杂种表现出两条途径中网络核心基因的时空高亲本显性表达互补(即与细胞周期相关的基因类似于Col-0亲本高表达、而光合作用相关的基因类似于Per-1亲本高表达)。这表明细胞分裂和光合作用的综合能力有助于杂种的生长活力,这可能是由于杂种相对于其亲本,叶片发育进程的加快而增强的。总之,本研究揭示了杂种中基本生物学途径之间的表达互补,并表明这种显性表达在杂种优势中的贡献。


 通讯作者 

** 邓兴旺 **


个人简介:

1978-1982年,北京大学,学士;

1982-1985年,北京大学,硕士;

1985-1989年,加州大学伯克利分校,博士;

1989-1991年,加州大学伯克利分校,博后。


研究方向以拟南芥、水稻等为研究对象,主要从事植物光信号转导、非编码RNA、植物杂种优势分子机理和分子设计育种领域的研究工作。


doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2023278118


Journal: PNAS

Published date: Apr 20, 2021



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