摘要

葉片是植物中主要的光合器官，為理解雜種優(yōu)勢背后的遺傳和表觀遺傳機制提供了關(guān)鍵線索。本研究系統(tǒng)地分析了兩種不同棉花雜交種的葉片表型特征、基因表達譜以及通過甲基化模式、miRNAs和lncRNAs實現(xiàn)的表觀遺傳調(diào)控，從而建立了一個用于雜種優(yōu)勢分析的新多組學(xué)框架。我們的主要創(chuàng)新在于闡明了表達水平優(yōu)勢（Expression Level Dominance, ELD）及其對雜種優(yōu)勢表現(xiàn)的差異性影響。Z41S雜交種表現(xiàn)出更強的表型雜種優(yōu)勢，這與較高的過顯性（over-dominant, OD）、欠顯性（under-dominant, UD）和父本基因表達（ELD-P）相關(guān)；相比之下，B985S雜交種則主要表現(xiàn)出母本基因表達模式（ELD-M）。我們發(fā)現(xiàn)CHH型甲基化變異是影響兩種雜交種中顯性基因表達的主要表觀遺傳調(diào)控因子。差異甲基化區(qū)域（Differentially Methylated Regions, DMRs）、相似甲基化區(qū)域（Similarly Methylated Regions, SMRs）以及可移動元件的分布顯著影響了與雜種優(yōu)勢相關(guān)的基因調(diào)控，尤其是通過基因體修飾的方式。此外，多組學(xué)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析表明，包括絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶基因、含有鋅指BED結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)RICESLEEPER 3/2、蛋白酪氨酸激酶Myosin-6（Myh6）、AGO2、RGA3、LRR和NB-ARC在內(nèi)的九個基因受到miRNAs、lncRNAs或DNA甲基化的多重表觀遺傳調(diào)控，這些基因在棉花雜交種中強雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)中起著關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)確立了三個重要貢獻：（1）一個整合了棉花雜種優(yōu)勢的基因組與表觀遺傳調(diào)控的綜合性模型；（2）確定了親本特異性的ELD模式作為雜交種表現(xiàn)的分子預(yù)測因子；（3）將CHH型甲基化確定為雜種優(yōu)勢表現(xiàn)中的關(guān)鍵表觀遺傳決定因素。我們的結(jié)果為通過靶向調(diào)控遺傳和表觀遺傳因素來優(yōu)化雜交育種策略提供了變革性的理論框架。