植物抗旱性是一种复杂的数量性状，是涉及多个生育期抗旱表现的综合结果。抗旱作用需调动多种生理与分子进程响应干旱胁迫，是一个动态过程。其中，反式调控变异(trans-acting genetic variants)发挥重要作用，但庞大的基因与标记数量往往限制其检测效力。
2024年11月8日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业科学院作物科学研究所付俊杰研究员团队题为“Tensor decomposition reveals trans-regulated gene modules in maize drought response”的研究论文。该研究采用变张量降维方法，挖掘玉米响应干旱胁迫的反式调控基因模块，为作物抗旱育种提供基因资源与调控信息。
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该研究以玉米自然群体为研究对象，基于不同干旱胁迫处理下的三维转录组数据(基因变异、材料表型与实验条件)，采用面向多维数据的变张量降维方法识别trans调控基因模块，而非单基因的trans遗传变异。结果表明，通过该方法共检测到121个基因模块，多数模块的表达模式与干旱响应指标显著相关。对每个模块的表达模式进行全基因组关联分析，共鉴定到310个trans-eQTL，其中286个trans-eQTL调控干旱响应模块，且多位于受到强选择的玉米改良靶向区段。结合染色质免疫共沉淀等试验，进一步验证了trans调控位点与模块基因的靶向调控关系。
基于变张量降维方法识别响应干旱胁迫的基因模块
A: 研究时序型群体转录组trans调控的技术路线；B: 基因模块的环境处理得分及其与混杂因子相关性；C–D: 独立数据集评估鉴定基因模块的可靠性。
综上所述，该研究采用面向多维数据的变张量降维方法，有助于鉴定响应动态环境变化的表达调控变异和基因模块，该方法为解析复杂性状的调控网络和作物改良等提供新思路。
作者简介
中国农业科学院作物科学研究所客座博士研究生卢嘉雯和助理研究员谢玉心为该论文共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所付俊杰研究员为通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、中国农科院科技创新工程等项目资助。
引用本文
Jiawen Lu, Yuxin Xie, Chunhui Li, Jinliang Yang, Junjie Fu. (2024). Tensor decomposition reveals trans-regulated gene modules in maize drought response. Journal of Genetics and Genomics.
DOI：10.1016/j.jgg.2024.10.011
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