在生物体进化过程中，基因组及其包含的基因是不断变化的。在包括小麦在内的许多作物中，多倍体事件不仅导致了显著的基因组变化，并且在植物进化过程中也不断发生。小麦作为全球最重要的主食之一，用于粮食生产的主要品种是六倍体Triticum (T.) aestivum和四倍体T. turgidum ssp. durum，这可能是由三个二倍体T. urartu，Aegilops (Ae.) speltoides和Ae. tauschii禾本科植物祖先杂交和多倍体产生的。基因表达（GE）和可变剪切（AS）的变化是物种特异性差异的主要来源，它们的时空调控对于植物胚胎发生、种子形成和开花诱导等多种发育过程至关重要。在植物中，AS是一种普遍存在的现象，33%到60%的基因都会发生AS。同时，AS已在许多具有经济价值的物种中进行了研究，如小麦、水稻、玉米、棉花和大麦。然而，我们对AS在二倍体和多倍体小麦基因组中的发生、演化以及AS在籽粒发育中的调控知之甚少。近日，加拿大萨斯喀彻温大学的Raju Datla团队和加拿大国家研究委员会的Daoquan Xiang团队在Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Alternative Splicing Dynamics and Evolutionary Divergence during Embryogenesis in Wheat Species”的研究成果，描述了小麦胚胎发生和籽粒发育过程中AS的进化，揭示了基因水平和转录水平调控之间的差异。
本文中，作者为了研究mRNA剪切在小麦籽粒中的贡献，从一个四倍体(AABB, T. durum CDC Commander)和一个六倍体(AABBDD, T. aestivum Chinese Spring)小麦品种中分离了3种籽粒成分：胚、胚乳和果皮（图1A），并对籽粒发育的连续阶段（定义为E01-E10）的样品进行深度测序。除了本文研究的四倍体和六倍体小麦外，作者从之前5个多倍体小麦相关物种及其二倍体祖先的发育籽粒中也分离了这些关键组分，并利用Illumina Hi-Seq平台进行转录组测序。由此，作者共获得了140 个RNA-seq文库，包括5个小麦和二倍体品种的3个籽粒组织和7个发育阶段，从而开始探究AS的进化及其对二倍体禾本科作物和多倍体小麦作物中籽粒发育的影响。此外，由于多倍体小麦亚基因组之间的序列高度相似性，作者开发了一个分析可变剪切转录本亚型的方法，用于探索多倍体小麦的复杂转录组。接下来，作者通过同源亚基因组的共线性分析和检测，鉴定了5种小麦和禾本科植物中的保守和特异AS事件。并对二倍体禾本科和多倍体小麦籽粒中AS的调控进行了整合分析，发现AS事件不仅在胚乳、果皮和胚过度发育之间存在差异，而且在亚基因组之间也存在差异。之后，分析了多倍体小麦同源三联体中AS的特征，发现胚胎发生过程中的基因水平和转录水平调控之间存在进化差异。最后，利用进化年龄分析，发现了新的转录异构体在年轻基因中产生的速度比在古老基因中更快。综上这些发现，再加上小麦和禾本科植物AS资源的综合开发，进一步促进了我们对AS在小麦胚胎发生和籽粒发育过程中调控特征演变的认识。
图1 不同小麦品种的AS分析
图2 5种小麦和禾本科植物特异性AS事件的特征分析
图3 5种小麦和禾本科植物A、B和D亚基因组中保守AS三联体的特征
图4 多倍体小麦的转录年龄及多倍体效应分析
图5 利用微滴式数字PCR验证AS
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13579
小麦族多组学网站：http://202.194.139.32
