德国波恩大学何飞博士受邀访问国家重点实验室并做学术交流

2023年9月15日下午，德国波恩大学的何飞博士受邀前来北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室进行学术交流，并在生物技术楼301会议室作了题为“Polygenic adaptation in cis-regulation”的学术报告。本次报告由顾红雅教授主持。何飞博士于2006年获得北京大学博士学位，师从顾红雅教授，随后于德国科隆大学Juliette de Meaux教授课题组进行博士后研究，目前任职于德国波恩大学。

复杂性状的适应需要多方面修饰的积累，而顺式作用的调控修饰在此类复杂适应的分子基础中扮演了重要的角色。何飞博士的研究重点关注了拟南芥属（Arabidopsis）不同物种间的适应策略差异。近缘种A. lyrata、A. halleri和A. thaliana在对干旱、冷和重金属离子等胁迫的响应机制中存在区别，何飞博士以干旱胁迫作为切入点，对上述3个物种的3种响应策略进行了量化，包括脱水忍耐、脱水避免和干旱逃避，结果发现A. lyrata在干旱处理后的存活率最高。因此，不同物种在演化过程中的可塑性造就了应对逆境胁迫的权衡策略（trade-off），A. lyrata通过增加存活率（increase survival），而A. halleri和A. thaliana则通过降低成本（decrease costs）来维持居群规模。

由于杂交物种的反式环境相同，顺式调控变异可以通过等位基因特异性表达（ASE）直接量化。因此为了顺式作用的变异在其中发挥的功能，何飞博士对上述物种进行了种间杂交，并在亲本物种和F1代杂交种中进行了不同脱水处理时间下的转录组分析。结果表明，超过8000个基因对干旱胁迫产生了响应，并且具有最高存活率的A. lyrata拥有更迅速和强烈的基因表达模式变化。进一步的研究中，通过亲本于杂交种之间的比较，对表达水平改变的顺式贡献（cis-contribution）进行了分析。作为研究对象祖先种的A. thaliana和衍生种的A. lyrata、A. halleri之间在应对环境变化时的基础表达存在较大差异，例如在A. lyrata和A. halleri两个物种在应对同种环境胁迫时，基础基因表达富集的结果存在于不同通路。这种可塑性背后的原因即是顺式和反式调控，结果表明，A. halleri中含有更高比例的反式调控，而A. lyrata中含有更高比例的顺式调控。此外，对每个谱系中顺式作用变异积累的速率比较结果表明，驱动基因表达适应性演化的选择压力倾向于调节变化，从而增强了A. lyrata对压力的应激响应，与此相反的是，减少对压力的可塑性响应的调节变化在A. halleri中更频繁的出现。

此外，何飞博士也对近期十字花科物种间杂交的工作进行了介绍，利用Brassica rapa（AA=20）与Brassica oleracea（CC=18）杂交，通过胚拯救和染色体加倍技术获得了新的B. napus（AACC=38）。研究发现，拷贝数变异（Copy number variation，CNV）在B. napus中再次发生，而多倍体杂交种B. napus中顺式作用的变异则与杂交稳定系和非稳定系之间体现出的基因组可塑性表现为关联，可能在维持减数分裂的稳定性中发挥功能。

报告结束后，何飞博士与在场的老师和同学进行了交流，对包括正向遗传学手段研究顺式调控变异、物种间杂交和转录组分析等问题进了解答。