基因复制是产生新基因并最终产生新的生物学功能的主要机制，对植物进化和适应性至关重要。除全基因组复制（WGD）外，另两种主要的基因复制机制是片段复制和逆转录转座。同源染色体间的不等交换是产生片段重复，进而产生串联重复（TD）基因及同源基因簇的重要方式。越来越多的证据表明，串联重复引起的基因扩增有助于环境适应。但TD基因是如何产生和进化的，以及它们具体是如何参与相应的途径、基因组进化和物种适应性，目前仍不清楚。
本研究以葡萄为例，通过全基因组范围的研究表明，最近发生的由LTRs介导的大规模串联基因复制促进了响应生物胁迫、生物合成和各种次生代谢物的特定基因家族的扩张。更重要的是，具有相似蛋白序列和上游调控序列的TD基因的表达表现出显著的位置效应、协同效应，以及多方面的过度活性，并在应对由葡萄霜霉病和白粉病这两大葡萄生产上最严重的病害过程中发挥关键作用。然而，TD基因的位置效应和协同效应不仅仅反映在应对生物胁迫的过程中，而是在不同的组织和各个发育阶段均存在的普遍现象。这可能是由于TD基因的位置效应导致了更高水平的协同调控，如组蛋白修饰和更高的转录因子（TF）调控效率。此外，TD基因之间似乎保持着一种相对的表达平衡，这可能有助于TD基因的保留和进一步的功能进化。
这些发现不仅促进了我们对葡萄基因组进化的理解，并且揭示了串联重复基因的进化动力学，而这一问题经常被忽视。
广西农科院尹玲研究员为该论文通讯作者，曲俊杰副研究员为第一作者。本研究得到了国家自然科学基金、中央引导地方专项、广西重点研发计划等项目的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.48130/FruRes-2023-0016
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