水生植物蓮適應(yīng)不同緯度地理氣候而分化為具有不同性狀特征的兩生態(tài)類型：地下莖細(xì)長不膨大的熱帶蓮和地下莖膨大的溫帶蓮。溫帶蓮地下莖膨大成藕是其進化過程中重要的表型創(chuàng)新，膨大的地下莖儲存大量淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)有助于溫帶蓮順利越冬。雖然通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)得到了一些參與蓮藕膨大的關(guān)鍵基因和通路，但基因調(diào)控變異的具體作用機制任不十分清楚，尤其是兩類蓮的順式調(diào)控變異（如基因啟動子區(qū)）。等位基因特異性表達(dá)(ASE)分析通常運用于檢測物種內(nèi)的順反式調(diào)控變異。有性生殖的二倍體雜交種中來自雙親的兩個等位基因在相同的細(xì)胞環(huán)境中暴露于一組共同的反式作用調(diào)節(jié)因子，正常情況下認(rèn)為兩等位基因的遺傳貢獻是相等的，事實上在很多雜交F1代中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些等位基因的表達(dá)更偏向于某個親本的現(xiàn)象，等位基因?qū)虍a(chǎn)物的貢獻顯著偏離1：1，稱為等位基因特異性表達(dá)(ASE)。F1代中等位基因特異性表達(dá)大多是親本之間調(diào)控序列區(qū)的變異（順式調(diào)控差異）造成的。

　　為了了解蓮兩生態(tài)型之間的順式調(diào)控變異如何促進蓮的表型分化和適應(yīng)性進化，武漢植物園水生植物生物地理學(xué)學(xué)科組研究人員以溫帶蓮與熱帶蓮的兩個栽培種及其雜交后代（F1代）為研究對象(圖1A)，結(jié)合重測序和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，依據(jù)已發(fā)表的中國古代蓮染色體級別的組裝為參考基因組，對F1代不同時期的花、葉、地下莖組織進行等位基因差異性表達(dá)（allele-specific expression，ASE）的分析。該研究發(fā)現(xiàn)，在F1代中來自熱帶蓮親本的順式元件或者啟動子相較于溫帶蓮更活躍，等位基因整體上表達(dá)偏向于熱帶蓮親本；其次，與具有表達(dá)偏向性的等位基因相比，在子一代中表達(dá)平衡的基因在其啟動子區(qū)域分子進化相對緩慢；順式調(diào)控主要是對地下莖代謝和植物激素相關(guān)通路上的關(guān)鍵基因具有顯著作用，從而參與了兩生態(tài)型蓮（栽培品種）的適應(yīng)性表型分化。

　　研究成果以“Biased allelic expression in tissues of F1 hybrids between tropical and temperate lotus (Nelumbo nucifera)”為題，發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Plant Molecular Biology》。武漢植物園水生植物生物地理學(xué)課題組博士生高志妍為第一作者，中國科學(xué)院水生植物與流域生態(tài)重點實驗室石濤副研究員和陳進明研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（31700197, 31570220, 31870208），中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會（2019335），中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDB31000000），湖北省自然科學(xué)基金（2019CFB275），武漢市園林科學(xué)研究院基金（WHGF2019A10），湖北省青年科技晨光計劃支持。

　　論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11103-021-01138-8

圖1 實驗材料與等位基因特異性表達(dá)模式(ASE)分析圖