a 图卢兹传染病和炎症性疾病研究所 (Infinity)、法国图卢兹图卢兹第三大学 INSERM U1291、CNRS U5051 b 巴黎城市大学、INSERM UMR1163、Imagine 研究所、法国巴黎 c 内克尔儿童疾病医院 - 巴黎公立医院 (AP-HP) 原发性免疫缺陷研究中心、法国巴黎 d 蒙彼利埃圣埃洛伊医院内科和多器官疾病科、法国蒙彼利埃 CHU e 儿童自身免疫性疾病免疫遗传学实验室、INSERM UMR 1163 研究所、F-75015 巴黎、法国 f INSERM-UMR 1163、Imagine 研究所、法国巴黎 g 内科和肿瘤免疫学 (MedI2O) 研究所法国蒙彼利埃大学医院再生医学与生物治疗中心 (IRMB) h 法国蒙彼利埃大学再生医学与生物治疗中心、法国蒙彼利埃国家健康与医学研究院、法国蒙彼利埃大学医院再生医学与生物治疗中心 i 法国巴黎内克尔儿童医院 (AP-HP) 儿科免疫血液学和风湿病科 j 法国巴黎内克尔大学儿童医院 (AP-HP) 国家原发性免疫缺陷参考中心 (CEREDIH) k 法国巴黎想象研究所 INSERM-UMR 1163 生物信息学核心设施 l 法国巴黎国家科学研究中心、3633 号综合服务单位、法国巴黎城大学 INSERM
欧盟最近禁止使用氯苯胺灵 (CIPC)(委员会实施条例 (EU) 2019/989),这促使马铃薯加工行业寻找替代且更安全的抗发芽方法。低温(即 4°C)储存已成为在不使用 CIPC 的情况下长期储存马铃薯的有效选择。然而,大多数商业马铃薯品种在冷藏过程中会积累高水平的还原糖 (RS),这种现象称为冷诱导甜化 (CIS)。在将马铃薯高温加工成薯片和炸薯条等产品的过程中,RS 会与天冬酰胺和肽发生反应生成神经毒素丙烯酰胺,加工产品会呈现棕色至黑色(Bhaskar 等人,2010 年)。图 1a 以图形方式描述了马铃薯储存的挑战。由于培育抗 CIS 的马铃薯品种来取代易感 CIS 的品种十分困难,新基因组技术 (NGT) 正成为一种有用的方法,可快速将抗 CIS 特性引入加工行业使用的商业品种中。尽管基于 CRISPR 的方法可以灵活地针对植物基因组中的任何选定序列,但迄今为止,该技术主要用于针对植物中的蛋白质编码序列。在本研究中,我们利用编辑 5' UTR 序列来改造业界首选的马铃薯品种的 CIS 抗性。液泡转化酶 (VInv) 已被确定为将蔗糖转化为 RS 的关键酶。先前的研究表明,沉默 VInv 基因是降低马铃薯冷藏后 RS 积累的一种合适方法 (Bhaskar 等人,2010 年;Zhu 等人,2016 年)。
一个引人注目的悖论是,具有长期保守的蛋白质序列、功能和表达模式的基因通常表现出极为不同的顺式调控序列。目前仍不清楚如此剧烈的跨物种顺式调控进化如何使基因功能得以保存,以及这些差异在多大程度上影响物种内出现的顺式调控变异如何影响表型变化。在这里,我们使用一种在表达模式和功能上保守了约 1.25 亿年的植物干细胞调节剂来研究这些问题。通过在两个远亲模型拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 和番茄 (Solanum lycopersicum) 中进行体内基因组编辑,我们在干细胞抑制基因 CLAVATA3 (CLV3) 的上游和下游区域生成了 70 多个缺失等位基因,并比较了它们对共同表型(即结出果实的心皮数量)的单独和综合影响。我们发现,与下游区域相比,番茄 CLV3 上游序列对哪怕是微小的扰动都高度敏感。相比之下,拟南芥 CLV3 功能对编码序列上游和下游的严重破坏具有耐受性。上游和下游缺失的组合也揭示了不同的调控结果。在番茄中,添加下游突变带来的表型增强主要是微弱的和附加的,而对拟南芥 CLV3 的两个区域进行突变则产生了显著的协同效应,显示出功能性顺式调控序列的不同分布和冗余。我们的研究结果证明了高度保守的植物干细胞调节器的顺式调控结构组织具有显著的可塑性,并表明顺式调控序列空间的重大重构是一种常见但又隐蔽的进化力量,它改变了保守基因调控变异的基因型与表型关系。最后,我们的研究结果强调了需要对顺式调控的空间结构进行谱系特异性解剖,以便有效地设计作物中保守的生产力基因的性状变异。
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