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                高精尖創新中心最新研究揭示復雜性狀遺傳密碼的新〖方法

                  近日,國際著名看到孙树凤神色學術期刊《Cell Reports》發表了我校林木分消息而这个时候琳达前来找自己子設計育種高精尖創新中◣心研究團隊題為“Modeling genome-wide by environment interactions through omnigenic interactome networks”的最新論文。論文提出了一個關於復雜性狀基因定位的①統計模型,在國際上首次成功構建了一張覆蓋整個基因組的基因№-基因互作與基因-環境互作的全也软绵绵貌圖。

                 

                  復雜性狀是在基因與環境聯合作用下,通過發育程序的傳遞與※調控而形成的。最近,美國斯坦福大學兩個研究團隊,分別在《Cell》上提出性狀控制的↑全基因理論(omnigenic theory)和基因型與環境互作的】非線性理論(nonlinearity theory)。這兩個理論因能更好地解析復雜性狀而受到」學術界廣泛關註。然而,這兩個理論僅各自從復雜性狀的一個側面解釋其復雜性,單獨一個尚不足以勾畫出性狀形成、變異與進化的遺傳機理全貌圖。更重要的,如何將這兩個理論組裝到實際數據分析中,形成可操作的計算算法尚未實現。

                 

                  在這篇《Cell Reports》論文中,研究人員在其通訊作者鄔榮領早期在美國提出的①功能作圖(functional mapping)理論(自然綜述:遺傳,2006年)基礎上,借助多學科的元素,整合全基因理論與基因-環境互作非線性理論,提出全基因互作組網絡(omnigenic interactome network)方法。將基因-基因互↓作當作兩個比賽者的博弈,利用博弈理論(game theory)解釋一個基因的效應同時受它自身的內源能力和其他基因對之所施加的外源影響聯合控制。利用生態學中的食餌-捕食(prey-predator)理論整合博弈論思想,建立非線性Lotka-Volterra(nLV)微分方程組,以此量化基因互作(即上位性)的大小與方式。

                 

                 

                 

                  新nLV模型突破了傳統定義的上位性概念。上位性效應是性狀遺傳的重要組成,但是長期以來對它的研究與利用極為有限。傳統方法僅能估計上位性的強度,而新模型還能發現上位性的因果關系,以及因果關系的正負方向,完整地笑容勾畫出基因與基因互作的機理。

                 

                  論文╳引入發育模塊理論(developmental modularity theory),在高維統計聚類分析模型與變量選擇模型指導下,將超高維基因網絡分解成多個相對獨立而又相互關聯的军需器械網絡群(network community),構建出多層次、稀疏、宏觀與微觀相交錯的全基因互作組網絡。該網絡能完全囊括GWAS的幾十萬甚至上百萬個位點,是目前學術界首個真正意義上的全基因組模型。

                 

                  全基因互作組網絡,提供了一個關於每一個基因如何通過與其他基因互作影響表型變異的精細路線圖,能我帮你除掉魔女有效解析基因與環境非線性互作所產生的表型●可塑性、表型適應性與表型進化等重要生物學問題。

                 

                  論文以分布在我國西北沙漠地區的英雄樹@胡楊( Euphrates   poplar )為材料,設計了兩項全基因組連鎖與GWAS實驗,研究胡楊在鹽脅迫與對照條件下生根軌跡, 用以驗證新模型ξ 的生物學意義。結果發現,(1)傳統方法發現的對胡楊耐鹽性有顯著效應的數量性狀位點(或稱QTL),其作用主要來自其他位點對它們的正向調控,僅少數是因為自身有較高的獨立作用。實踐中,對前者什么都没听清楚的利用必須把QTL及其調控基因作為一個整體進行選擇或基因偏輯才能發揮作用。例如,在對照條件下基因 H SL1 對生根能力的作用是通過調節因子 Z AT10 等調節而實現的,而在鹽脅迫條件下,這種正向調控作用不存在,取而代之的是其他基因如 E 2SKP1 的負調控。根據這一結果,人們可以通過刺激 Z AT10 基♂因在脅迫條件下的表達而達到鹽脅迫ζ 條件下胡楊增根的效果。(2)許多不顯著的位點,並非自身的獨立作』用較小,而是因為其他位點的負向調控, 抵消了它的作用。這樣,通過關閉這種負向調控,這些不顯著位點的作用即能釋放出來。這一措施能有效挖掘所謂的缺失遺傳力(missing heritability)。(3)有些不∏顯著的位點,自身確實具不过我是不是该感谢你呢有較小的獨立作用,但同時接受了較大的正調控與負調控,正負抵消,導致總體效應不顯著。對於這類位點,通過關閉負調控,開啟正調控,新的遺傳變異能夠被釋放出來,是創造新表型的手段。

                 

                  文章第一作者是計算生物學中心碩士研究生王豪傑,中心講師葉梅霞是共卐同第一作者。計算生物學中心博士生符亞茹、董昂、張苗苗、馮莉,中心教師薄文浩、祝緒禮、姜立波、梁丹參與了樣品收集、實驗設計、種質采集、數據收集和數據分析等工作。林木分子設計育種高精尖創新中心首席研究員鄔榮領是通訊作者。

                  

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                作者:梁丹;審稿:延曉康      |     編輯:宗子皙; 審核:楊金融