Chromosome translocation affects multiple phenotypes, causes genome‐wide dysregulation of gene expression, and remodels metabolome in hexaploid wheat

生物 染色体易位 遗传学 表型 基因 代谢组 染色体 基因组 生物信息学 代谢组学
作者
Ruili Lv,Xiaowan Gou,Ning Li,Zhibin Zhang,Changyi Wang,Ruisi Wang,Bin Wang,Chunwu Yang,Lei Gong,Huakun Zhang,Liu B
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:115 (6): 1564-1582
标识
DOI:10.1111/tpj.16338
摘要

Chromosomal rearrangements (CRs) may occur in newly formed polyploids due to compromised meiotic fidelity. Moreover, CRs can be more readily tolerated in polyploids allowing their longer-term retention and hence potential spreading/fixation within a lineage. The direct functional consequences of CRs in plant polyploids remain unexplored. Here, we identified a heterozygous individual from a synthetic allohexaploid wheat in which the terminal parts of the long-arms of chromosomes 2D (approximately 193 Mb) and 4A (approximately 167 Mb) were reciprocally translocated. Five homogeneous translocation lines including both unbalanced and balanced types were developed by selfing fertilization of the founder mutant (RT [2DL; 4AL]-ter/1, reciprocal translocation). We investigated impacts of these translocations on phenotype, genome-wide gene expression and metabolome. We find that, compared with sibling wild-type, CRs in the form of both unbalanced and balanced translocations induced substantial changes of gene expression primarily via trans-regulation in the nascent allopolyploid wheat. The CRs also manifested clear phenotypic and metabolic consequences. In particular, the genetically balanced, stable reciprocal translocations lines showed immediate enhanced reproductive fitness relative to wild type. Our results underscore the profound impact of CRs on gene expression in nascent allopolyploids with wide-ranging phenotypic and metabolic consequences, suggesting CRs are an important source of genetic variation that can be exploited for crop breeding.
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