普通小麦（Triticum aestivum，AABBDD）是经过两次杂交事件形成的异源六倍体，其融合了三个二倍体祖先不同的特性，具有强大的可塑性和环境适应能力，成为全球广泛种植的主粮作物。从进化角度讲，不同基因组的融合提供了丰富的原材料，促进多倍体的演化和表型可塑性，但具体分子机制并不清楚。小麦亚基因组的分化，主要源于不同二倍体祖先种中发生特异的转座子（TE）扩增。该研究团队前期结合高通量实验和计算策略，发现大量TE来源的远端调控元件，影响亚基因组转录调控的可塑性，但其对表型的影响并不清楚。 

　　中国科学院遗传与发育生物学研究所薛勇彪研究组、复旦大学张一婧研究组、广州大学董志诚研究组和中国科学院分子植物科学卓越创新中心Jungnam Cho研究组合作揭示小麦增强子类似元件能够产生新生链RNA，在预测增强子活性方面更加精确有效。该研究开发了一套计算流程，利用CAGE-seq和多维表观组数据检测编码和非编码转录本的起始位置，发现大量TE来源的非编码新生链RNA，主要位于LTR调控区，具有活性调控元件的染色质特征。进一步通过亚基因组及多组织表达比较，鉴定到一个亚基因组偏好扩增的TE家族具有明显的组织特异性新生链RNA的表达,该家族在亚基因组A的二倍体祖先中发生特异性扩张。通过RNA干扰及过表达技术，揭示这一TE家族成员的新生链RNA的异常表达，会导致小麦穗型的变化，并且可能与小麦穗型的驯化相关（图）。由于TE来源的新生链RNA敲除，同时导致相应位置DNA甲基化，因此不能确定这一表型是TE调控元件的直接功能，还是由新生链RNA介导的，但是这一工作提示，可以借助新生链RNA，预测调控元件的功能，为庞大的小麦基因组中大量远端调控元件功能鉴定提供了新的思路。特别是为研究小麦大量转座元件与多倍体功能演化之间的关系，提供了新的线索。 

　　该研究成果2023年11月17日在线发表在Nature Communications（DOI：10.1038/s41467-023-42771-9）复旦大学张一婧研究员、中国科学院遗传发育所薛勇彪研究员、广州大学董志诚教授和与中国科学院分子植物科学卓越创新中心Jungnam Cho研究员为论文的共同通讯作者。复旦大学谢忆琳博士、应松倍、中国科学院分子植物科学卓越创新中心李子娟博士、中国科学院遗传发育所张玉娥副研究员和广州大学朱家富博士为论文的共同第一作者。本项目得到国家自然科学基金创新研究群体项目资助和植物细胞与染色体工程国家重点实验室开放课题的资助。

图：多倍体小麦亚基因组特异转座子介导穗发育可塑性工作模型