顺式和反式调节变异影响莲花种间的花色分化

基因表达重组通常有助于新分化物种之间的表型进化。基因表达模式的变化可能是由基因本身的顺式调控区域(启动子)或反式作用调控基因(转录因子)的突变引起的。然而，在基因表达的全基因组水平上，顺式和反式调控变异在密切相关的新分化物种中导致花器官表型分化的影响尚不清楚。

中国科学院武汉植物园科研人员在莲属植物中选取红花莲和黄花莲两个品种及其杂交F1代作为试验对象。基于来自亲本和F1杂种的重测序和转录组测序的单核苷酸多态性，进行了全局等位基因特异性表达分析，以揭示全基因组顺式和反式调控差异对花色分化的相对贡献种间。

结合高效液相色谱中总花青素和类胡萝卜素的含量，重点研究了顺式和反式调控变异对花青素和类胡萝卜素生物合成途径关键基因的作用。

结果表明，反式调节变异对两个物种花瓣组织中基因表达的分化具有更高的相关性。在N.lutea中具有显着更高表达的基因往往受到反式调节变体的调节。

此外，花青素和类胡萝卜素相关加权共表达网络模块中的中枢基因优先受仅反式显性遗传调控，这涉及两个物种之间花青素和类胡萝卜素基因调控网络的重新布线。

具有不同调控类别的基因在F1杂种中更喜欢特定的基因表达遗传模式。仅顺式和反式调节下的基因分别显着丰富了加性遗传和显性遗传。

此外，在拮抗顺式和反式效应下的基因(顺式-反式补偿调节变体和顺式-反式补偿调节变体)显示出海侵遗传的显着丰富。

在多效性约束下，仅反式调控的基因比仅顺式调控的基因表现出相对更广的表达广度和更高的表达水平。它们更有可能在莲花中进行全基因组复制后保留下来，并受到更高的选择性扫描压力。

在涉及花青素生物合成途径和类胡萝卜素生物合成途径的加权相关网络分析模块中，存在多个顺式和反式调控变异的已知基因。

花青素5-芳香酰基转移酶基因经历了顺反补偿调节，顺反增强调节的谷胱甘肽s-转移酶F11基因在N.nucifera中表现出更高的表达以促进花青素积累。

N.lutea中番茄红素ε-环化酶基因的表达水平显着更高，以促进类胡萝卜素的积累，表明顺式和反式调控变异参与了花青素和类胡萝卜素基因调控网络的重新布线。

这三个基因的表达差异对两个莲种的花色分化有重要影响。本研究结果为研究莲属表型多态性的遗传机制提供了新的视角。