通小麥是全球種植範圍最廣的穀物，具有廣泛的環境適應性，這被歸因於三套適應不同環境基因組的融合。盡管基因序列相對保守，三套亞基因組的基因間區高度分化，那麼，亞基因組如何實現調控的協同與分化呢？2022年11月14日，Nature Communications 在線發表了題為“Transposable elements orchestrate subgenome-convergent and -divergent transcription in common wheat”的研究論文，揭示了百萬年前轉座子的擴張影響現代小麥亞基因組轉錄調控的協同與分化。
本研究通過刻畫189個轉錄因子的全基因組結合模式，揭示小麥轉錄因子的結合位點在全基因組曾經發生多輪擴張。進一步對調控圖譜開展進化分析，發現這些擴張與特定轉座子（TE）家族的擴張密切相關。因而亞基因組特異TE家族擴張貢獻於亞基因組的調控分化。
雖然祖先種TE的特異性擴張導致普通小麥三套亞基因組的調控區高度分化，但約70%的亞基因組直係同源基因存在協同轉錄。在看似無序的TE擴張和調控區域高度分化的背景下，三套亞基因組如何實現協同轉錄來保證調控係統的穩健性？通過分析直係同源基因啟動子區由TE貢獻的轉錄因子結合位點（TFBS），發現盡管不同轉錄因子結合位點序列大多隻在一個亞基因組中由TE提供，但存在大量TFBS，其轉錄因子結合強度在亞基因組之間是一致的。這樣不平衡的TE插入為何伴隨平衡的轉錄因子結合？由於小麥基因組曾發生多輪TE爆發，經曆漫長的進化曆程，很多TE可能不再具有經典的TE結構。通過設計統計檢驗策略，在全基因組鑒定基因附近蛻化的TE。進化分析揭示三個亞基因組雖然經曆了不平衡的TE蛻化，但是大量內部轉錄因子結合位點受到平行選擇，在亞基因組間高度保守。追溯這些TE的類型和爆發時間，鑒定到亞基因組二倍供體的共同祖先中有一個特定的TE家族，其擴張發生於約500萬年前，貢獻於現代小麥大量轉錄因子在亞基因組間的協同結合位點。結合轉錄組數據，發現這些轉錄因子平衡結合調控的靶基因在亞基因組間趨於平衡表達。
綜上，本研究通過整合普通小麥轉錄因子結合圖譜並開發降解TE的檢測方案，發現500萬年前古老的TE擴張和亞基因組分化後新興的TE擴張對普通小麥亞基因組協同和分化調控的不同貢獻，展示了轉座子池的可塑性如何影響多倍體調控的可塑性。
狗万外围充值 張一婧研究員、中國科學院遺傳與發育生物學研究所薛勇彪研究員、中國科學院分子植物科學卓越創新中心/南方科技大學郎曌博研究員為論文的共同通訊作者。中國科學院分子植物科學卓越創新中心博士生張鬱芸、李子娟博士、博士生劉津易、中國科學院遺傳與發育生物學研究所張玉娥副研究員為論文的共同第一作者。南京農業大學張文利教授和中國科學院遺傳與發育生物學研究所童依平研究員合作參與本項工作。本項目得到中國科學院戰略先導項目，國家自然科學基金優秀青年科學基金項目，以及創新研究群體項目的資助。