Dynamic evolution of small signalling peptide compensation in plant stem cell control

第一作者：Choon-Tak Kwon

第一单位：冷泉港实验室

通讯作者：Zachary B. Lippman

 Abstarct 

背景回顾：Gene duplications are a hallmark of plant genome evolution and a foundation for genetic interactions that shape phenotypic diversity. 

基因复制是植物基因组演化一个特征，是塑造植物表型多样性的遗传互作的基础。

提出问题：Compensation is a major form of paralogue interaction but how compensation relationships change as allelic variation accumulates is unknown. 

遗传补偿是旁系同源基因间互作的一种主要形式，但随着等位基因变异的积累，旁系同源基因间的遗传补偿关系如何变化尚不清楚。

主要研究：Here we leveraged genomics and genome editing across the Solanaceae family to capture the evolution of compensating paralogues. 

本文中，作者利用茄科植物的基因组学和基因组编辑来解析补偿性旁系同源基因的演化。

结果1-番茄CLV3旁系同源基因的部分遗传补偿：Mutations in the stem cell regulator CLV3 cause floral organs to overproliferate in many plants. In tomato, this phenotype is partially suppressed by transcriptional upregulation of a closely related paralogue. 

干细胞调控因子CLV3的突变导致许多植物的花器官过度增殖。在番茄中，通过转录上调CLV3基因的近源旁系同源基因能够部分抑制这一异常表型。

结果2-烟草不能遗传补偿，矮牵牛和地樱桃能够完全补偿：Tobacco lost this paralogue, resulting in no compensation and extreme clv3 phenotypes. Strikingly, the paralogues of petunia and groundcherry nearly completely suppress clv3, indicating a potent ancestral state of compensation. 

而在烟草中，由于没有这一旁系同源基因，因为不能够遗传补偿，表现出比较极端的clv3缺陷表型。令人注意的是，矮牵牛和地樱桃的旁系同源基因几乎完全抑制了clv3的缺陷表型，表明这两个物种中的旁系同源基因保留了祖先状态的遗传补偿能力。

结果3-番茄中部分补偿的原因：Cross-species transgenic complementation analyses show that this potent compensation partially degenerated in tomato due to a single amino acid change in the paralogue and cis-regulatory variation that limits its transcriptional upregulation. 

跨物种的转基因互补实验表明，番茄中旁系同源基因单个氨基酸的改变导致了其遗传补偿能力的部分退化，并且顺式调控元件的变异限制了其转录上调。

结论：Our findings show how genetic interactions are remodelled following duplications and suggest that dynamic paralogue evolution is widespread over short time scales and impacts phenotypic variation from natural and engineered mutations.

本文的研究结果揭示了基因复制后遗传互作是如何被重塑的，并表明动态旁系同源基因演化在短时间尺度上广泛存在，并影响自然和人工突变所带来的表型变异。

** Zachary B. Lippman **

doi: https://doi.org/10.1038/s41477-022-01118-w

Journal: Nature Plants

Published date: March 28, 2022