茶树（Camellia sinensis）中TCP基因家族的演化及泛基因组分析

《BMC Plant Biology》：Evolution of the TCP gene family and pan-genome analysis in tea (Camellia sinensis)

　　

摘要

TCP转录因子是植物结构和发育的关键调节因子，然而它们的进化通常是基于单一参考基因组推断出来的。通过分析1,015个植物基因组的数据集，我们观察到TCP基因拷贝数在类群水平上存在显著差异：藻类中完全缺失，而在被子植物中则显著扩增；WGD（全基因组复制）/片段复制事件后的基因保留成为主要的驱动因素。随后，我们利用包含9个山茶属（Camellia）基因组（3个野生种和6个栽培品种Camellia sinensis）的茶类泛基因组来研究TCP基因组的动态变化。共鉴定出292个TCP基因，并将其分为三个谱系（PCF、CIN和CYC/TB1）。该样本组中的栽培品种所含的TCP基因数量比野生亲本少，平均减少了约27%。正交群分析显示，TCP基因组由一个紧凑的核心部分（4个正交群；57个基因，占19.5%）和一个较大的可替代部分（25个正交群；235个基因，占80.5%）组成，这两部分在拷贝数上存在显著差异，并且具有谱系特异性的丢失或扩增现象；其中CYC/TB1谱系中的核心基因富集程度最高，而PCF谱系则倾向于包含可替代基因。茶类中TCP基因的扩增主要归因于WGD/片段复制（60.3%）和分散复制（26.7%）。大多数同源基因对在纯化选择压力下进化，但可替代基因对的Ka/Ks值高于核心基因对，这表明其进化受到较少的限制。跨八种组织的泛转录组比较显示，栽培材料中的TCP基因表达水平普遍较高，尤其是在顶芽和与茎/果实相关的组织中。这些结果共同构建了一个基于泛基因组的TCP基因资源库，表明拷贝数重塑和结构变异可能促进了茶类植物的谱系分化，并为未来研究驯化相关进化提供了候选对象。

TCP转录因子是植物结构和发育的关键调节因子，然而它们的进化通常是基于单一参考基因组推断出来的。通过分析1,015个植物基因组的数据集，我们观察到TCP基因拷贝数在类群水平上存在显著差异：藻类中完全缺失，而在被子植物中则显著扩增；WGD/片段复制事件后的基因保留成为主要的驱动因素。随后，我们利用包含9个山茶属（Camellia）基因组（3个野生种和6个栽培品种Camellia sinensis）的茶类泛基因组来研究TCP基因组的动态变化。共鉴定出292个TCP基因，并将其分为三个谱系（PCF、CIN和CYC/TB1）。该样本组中的栽培品种所含的TCP基因数量比野生亲本少，平均减少了约27%。正交群分析显示，TCP基因组由一个紧凑的核心部分（4个正交群；57个基因，占19.5%）和一个较大的可替代部分（25个正交群；235个基因，占80.5%）组成，这两部分在拷贝数上存在显著差异，并且具有谱系特异性的丢失或扩增现象；其中CYC/TB1谱系中的核心基因富集程度最高，而PCF谱系则倾向于包含可替代基因。茶类中TCP基因的扩增主要归因于WGD/片段复制（60.3%）和分散复制（26.7%）。大多数同源基因对在纯化选择压力下进化，但可替代基因对的Ka/Ks值高于核心基因对，这表明其进化受到较少的限制。跨八种组织的泛转录组比较显示，栽培材料中的TCP基因表达水平普遍较高，尤其是在顶芽和与茎/果实相关的组织中。这些结果共同构建了一个基于泛基因组的TCP基因资源库，表明拷贝数重塑和结构变异可能促进了茶类植物的谱系分化，并为未来研究驯化相关进化提供了候选对象。