嘈雜的遺傳圖譜有助于揭示植物如何在生存競爭中對沖賭注

同卵雙胞胎的父母會告訴你，即使他們有相同的基因，他們也永遠不會完全相同。植物界也是如此?，F(xiàn)在，劍橋大學的一項新研究有助于解釋為什么在同一環(huán)境中生長的具有相同基因的“雙胞胎”植物繼續(xù)表現(xiàn)出自己獨特的特征。

劍橋大學塞恩斯伯里實驗室(SLCU)的植物科學家建立了一個基因表達圖譜，以繪制基因相同植物的“嘈雜基因”。這項發(fā)表在今天《分子系統(tǒng)生物學》上的研究發(fā)現(xiàn)，其他類似植物中約9%的基因表達模式發(fā)生了巨大變化。有趣的是，許多這種高度可變(噪音最大)的基因幫助植物對環(huán)境做出反應，包括那些對光、溫度、病原體和營養(yǎng)物質(zhì)做出反應的基因。這種基因行為的改變可用于自然界中遺傳相似的植物群體，以抵抗環(huán)境脅迫，如干旱、高鹽度或極端溫度。這意味著種群中總會有一些植物因為基因行為的改變(對沖賭注)而準備承受不同的壓力。但是這種可也是一個問題，

這是首次測量植物基因表達的全局噪聲水平。在線開放存取圖譜(AraNoisy)將為世界各地的植物科學家提供資源，研究基因表達變異如何影響克隆群體中植物的生存和多樣性。這一重要的墊腳石將有助于我們更好地理解植物如何在波動的環(huán)境中生存，最終我們可以進一步研究植物保護和未來的作物發(fā)展。

什么是基因表達？

只看單一植物或動物的完整遺傳密碼(稱為基因組)還不足以完全理解個體特征?；蚪M相同的個體之間，基因表達的方式(基因表達)可能有顯著差異。當一個基因的遺傳密碼被用來指導細胞中合成蛋白質(zhì)或其他功能分子的一系列反應時，這個基因就被表達出來了。將一段脫氧核糖核酸復制成核糖核酸是序列的第一步，這被稱為轉(zhuǎn)錄。在本研究中，基因表達中的“噪音”是指單個植物之間的核糖核酸的變異水平。測量基因表達的可揭示了哪些基因比其他基因更嘈雜。

SLCULOK集團的Sandra Cortijo博士正在研究如何調(diào)控基因表達，以及導致某些基因表達不可預測的原因。

為了研究這一點，科爾蒂霍博士承擔了測量單一植物物種中基因表達的全球噪音水平的巨大任務。她利用基因相同的植物，在24小時內(nèi)測量了所有個體的基因表達。

“對于我們的模型植物，我們使用了一種相對較小的野生蕓苔屬植物幼苗，叫做擬南芥，最常見的是雜草生長在路面的裂縫中，”Cortijo博士說?！拔覀冊?4小時內(nèi)每兩小時對單個幼苗的RNA進行測序，并分析了植物基因組中15646個單個基因的變異性。

“我們發(fā)現(xiàn)，24小時內(nèi)至少有一個時間點，9%(1358個基因)有很大的遺傳變異。我們發(fā)現(xiàn)，這些高度可變的基因分為兩組，受晝夜周期的影響——夜間活動變化較多的基因或白天活動變化較多的基因?！?

作為研究的一部分，科爾蒂霍博士還確定了可能增加基因表達可的因素。高度可變的基因往往更短，被更多的其他基因(轉(zhuǎn)錄因子)靶向，其特征是“封閉”的染色質(zhì)環(huán)境(一種允許通過添加額外分子來改變基因表達的環(huán)境)，基因閱讀過程(轉(zhuǎn)錄)，而實際上不會改變細胞的DNA)。

科爾蒂霍博士說：“這些結(jié)果揭示了轉(zhuǎn)錄變異對植物基因表達調(diào)控的影響，這可以作為進一步研究嘈雜基因如何與植物對環(huán)境的反應相關的基礎?！爸参锸且粋€好系統(tǒng)。在研究基因如何受到環(huán)境變化的調(diào)控時，由于不能移動，必須不斷感知和應對環(huán)境變化?；虮磉_的進化可以增加植物的魯棒性。在不改變基因的情況下對抗不同的環(huán)境。

SLCU研究組組長James Locke博士表示，這些數(shù)據(jù)是進一步研究的重要新資源：“這是科學家研究具有相同基因的植物如何在波動環(huán)境中生存的重要資源，為未來遺傳學和表觀遺傳學的研究提供了基礎。因子調(diào)節(jié)個體基因的可?！?

噪聲的噪聲基因圖

AraNoisy是一種基于網(wǎng)絡的工具，用于獲取擬南芥在整個24小時晝夜周期內(nèi)的個體間轉(zhuǎn)錄變異性。你可以在https://jlgroup.shinyapps.io/AraNoisy/.檢查每個感興趣基因的基因表達變異

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