L'analyse globale du transcriptome de l'allopolyploïdisation révèle une grande

Communications Biology volume 6, Article number: 426 (2023) Citer cet article

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Des lignées de blé hexaploïde synthétique (SHW) sont créées en tant que matériel génétique de présélection pour diversifier le sous-génome D du blé hexaploïde et capitaliser sur la diversité génétique inexploitée du pool génétique d'Aegilops tauschii. Cependant, les phénotypes observés chez Ae. les parents tauschii ne sont pas toujours retrouvés dans les lignées SHW, peut-être en raison d'interactions inter-sous-génomes. Pour élucider ce phénomène de reprogrammation du génome post-polyploïdisation, nous avons effectué l'ARN-seq de quatre lignées SHW et leurs parents tétraploïdes et diploïdes correspondants, à travers dix tissus et trois répliques biologiques. L'analyse du biais d'expression des homoéologues (HEB) utilisant plus de 18 000 triades suggère une suppression massive des homéoallèles du sous-génome D dans les SHW. L'analyse comparative du transcriptome de l'ensemble de gènes du génome entier a corroboré davantage cette découverte. L'analyse d'épissage alternatif des gènes de haute confiance indique une couche supplémentaire de complexité où les cinq événements d'épissage sont identifiés et l'intron retenu est prédominant. L'expression de l'homéologue lors de la resynthèse du blé hexaploïde a des implications sur l'utilisation et la manipulation de ce matériel génétique dans la sélection en ce qui concerne la capture des effets de l'interaction épistatique entre les sous-génomes lors de la polyploïdisation. Des considérations particulières doivent être accordées à ce germoplasme dans les activités de pré-sélection pour considérer l'étendue des interactions inter-sous-génomes sur l'expression des gènes et leur impact sur les caractères pour l'amélioration des cultures.

Les événements de duplication du génome entier sont l'un des principaux moteurs de la spéciation1,2,3. La majorité des angiospermes ont subi une polyploïdisation au cours de leur évolution, et notamment, 30 % des espèces cultivées sont considérées comme polyploïdes en raison de l'étendue des locus dupliqués dans leur génome4. La lignée des graminées a subi au moins trois événements de duplication du génome entier5, rendant essentiellement toute la famille des Poaceae polyploïde. Les événements de duplication du génome entier sont fréquemment associés à un potentiel évolutif important qui favorise l'adaptabilité à des environnements changeants6,7. Il existe plusieurs questions intrigantes liées aux polyploïdes, depuis les changements dynamiques initiaux qu'ils subissent dans le génome pour la stabilisation, jusqu'à leur établissement en tant que populations discrètes8. La polyploïdisation crée une redondance importante au sein du génome, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles altérations qui favorisent le développement de nouveaux phénotypes et/ou l'adaptation9.

Le blé panifiable (Triticum aestivum L.) est une culture allohexaploïde (2n = 6x = 42) composée des sous-génomes A, B et D. Les hybridations fortuites naturelles qui se sont produites il y a environ 8000 ans entre le blé amidonnier cultivé (Triticum turgidum L. ssp. dicoccum, 2n = 4x = 28; génome AABB) et l'égilope de Tausch (Aegilops tauschii Coss., 2n = 2x = 14; génome DD) , suivi d'un doublement chromosomique, a abouti au développement du blé panifiable moderne10,11. Vraisemblablement, seul un nombre limité d'Ae. les plantes tauschii ont contribué à l'évolution du blé hexaploïde, conduisant à un goulot d'étranglement évolutif appelé effet fondateur12 ; un goulot d'étranglement qui a été encore resserré par le flux naturel limité de variation génétique des espèces diploïdes aux espèces hexaploïdes13,14 et la domestication et la reproduction qui ont suivi.

Les espèces sauvages apparentées aux espèces cultivées sont une source de diversité génétique pour de multiples caractères importants sur le plan agricole. Cependant, il existe certaines limites à leur utilisation, notamment la traînée de liaison, l'infertilité et la mauvaise compatibilité croisée15. La présélection est une approche systématique qui vise à récupérer la diversité génétique des espèces sauvages apparentées aux plantes cultivées et à la déployer dans des programmes de sélection. Traditionnellement, les segments génomiques souhaités des espèces de cultures sauvages sont introgressés dans des fonds de cultivars d'élite par des rétrocroisements répétés avec le soutien d'outils de génotypage du génome entier de pointe pour les sélections de premier plan et de fond. Les SHW générés à partir de l'hybridation artificielle entre T. turgidum ssp. durum (AABB) ou d'autres sous-espèces et Ae. tauschii (DD), suivi d'un doublement chromosomique, servent de populations de présélection efficaces pour élargir la diversité génétique du sous-génome D du blé hexaploïde. Les SHW développés par le Centre international d'amélioration du maïs et du blé (CIMMYT, Mexique)16,17 ont été largement utilisés dans les programmes d'enrichissement de la diversité génétique du blé dans plusieurs pays. Plus tard, d'autres instituts de recherche et programmes d'amélioration du blé à travers le monde ont également produit des SHW en utilisant différentes sources d'Ae. tauschii pour servir de populations de base pour la sélection commerciale du blé.

Aé. tauschii est une source éprouvée de résistance à un large éventail de stress biotiques et abiotiques18. Cependant, les phénotypes parentaux ne sont pas toujours récupérés efficacement dans les lignées hexaploïdes synthétiques, probablement en raison des changements génétiques et épigénétiques dynamiques et de la variation conséquente de l'expression des gènes19. Par exemple, des études couvrant les deux dernières décennies ont montré que la résistance à l'agent pathogène de la rouille des tiges (Puccinia graminis f. sp. Tritici) est supprimée à l'état hexaploïde par Med15, un composant du complexe Mediator codé par le sous-génome D20,21. Lors de la polyploïdisation, l'homéologue D du transporteur K + de haute affinité 1; 5 (HKT1; 5) montre une expression réduite, par rapport aux niveaux parentaux diploïdes, mais retrouve le niveau d'expression native du parent diploïde dans des conditions de stress salin22. Dans certains phénotypes, comme la largeur du grain, chacun des homéologues est associé différemment au trait d'intérêt et leurs niveaux d'expression combinés déterminent le phénotype résultant23.

L'altération à travers plusieurs couches de la régulation des gènes lors de la polyploïdisation est également considérée comme améliorant l'adaptabilité du blé panifiable allohexaploïde par rapport à ses parents tétraploïdes et diploïdes24,25. Les altérations génétiques et épigénétiques rapportées lors de la polyploïdisation du blé sont similaires à celles d'autres espèces végétales polyploïdes. Au niveau structurel, outre les échanges homéologues entre génomes, on observe à la fois une perte et une amplification d'ADN répétitif due au stress génomique perçu26. Le séquençage récent du génome entier du blé tendre met en lumière les insertions et délétions de transposons dans les régions intergéniques des sous-génomes A, B et D, bien que la fraction de chaque famille de transposons parmi les génomes homéologues ne varie pas significativement27. Au niveau épigénétique, en plus des changements dans l'état de méthylation de la cytosine de l'ADN, la variabilité de la méthylation des histones28,29, les modèles d'euchromatine et d'hétérochromatine à travers les chromosomes et des différences importantes dans les niveaux de régulateurs épigénétiques comme les petits ARN ont également été observés30,31. Ces marques épigénétiques sur les éléments régulateurs du génome modulent les niveaux d'expression des gènes chez le blé panifiable hexaploïde32.

L'effet de certains de ces changements génomiques et épigénomiques survenant lors de la polyploïdisation se reflète dans le transcriptome. La compréhension du schéma des changements d'expression entre les antécédents de ploïdie parentale et le blé hexaploïde fournit des informations précieuses pour informer les croisements interspécifiques et aider à prédire les phénotypes récupérés dans les descendances. Dans cette étude, nous avons utilisé quatre lignées SHW et leurs parents tétraploïdes (T. turgidum) et diploïdes (Ae. tauschii) correspondants pour une évaluation comparative de la dynamique du transcriptome. Nous nous sommes concentrés sur le démêlage des changements dans les modèles d'expression des gènes homéologues entre les sous-génomes dans les origines parentales (2x et 4x) et hybrides synthétiques (6x). En plus des différences quantitatives, les différences qualitatives subtiles dans les transcrits résultant d'événements d'épissage alternatifs ont également été déterminées.

Dans cette expérience, des données d'ARN-seq ont été générées à partir de quatre lignées SHW et de leurs deux parents diploïdes et deux tétraploïdes (tableau supplémentaire 1), à partir de trois réplicats biologiques sur dix tissus (Fig. 1 supplémentaire) pour un total de 240 échantillons. Après pré-traitement des reads de séquençage pour les 240 échantillons, nous avons obtenu un total de 4,9 B reads correspondant à une moyenne de 20,4 M reads par échantillon, allant de 4,8 à 70,7 M. Le nombre de reads bruts et de reads traités pour chaque échantillon a été compilé (tableaux supplémentaires 2, 3). Environ 85 % du total des lectures ont été cartographiés de manière unique sur le Chinese Spring IWGSC RefSeq v2.133, environ 12 % ont été cartographiés sur plusieurs locus et ~ 3 % n'ont pas été cartographiés du tout (tableau supplémentaire 4).

Afin de comprendre le schéma global de la dynamique de l'expression génique lors de la polyploïdisation, en particulier HEB, et de les comparer entre les SHW et leur état parental, les gènes (homéologues) appartenant aux triades, c'est-à-dire avec une copie dans les trois sous-génomes (18 357 triades34 ), ont été soumis au calcul du test du rapport de vraisemblance35 (LRT). Ici, les différences de longueur de gène entre les homéologues sont prises en compte. L'hypothèse nulle, c'est-à-dire aucune différence d'expression entre les homéologues, a été testée pour toutes les comparaisons. Dans les lignées SHW, les homéologues AB vs D ont été comparés. Pour tester l'état d'expression parentale, des scénarios de type SHW in silico avec des niveaux d'expression parentale tétraploïde et diploïde correspondants ont été constitués. Des biais d'expression, principalement vers le sous-génome D au niveau d'expression parental, ont été observés dans les dix tissus et SHW (Fig. 1). Le nombre de triades présentant un biais significatif envers le sous-génome apporté par le parent diploïde (D) a été considérablement réduit dans les lignées SHW correspondantes dans tous les tissus (Fig. 1 et Tableau supplémentaire 5). Le tissu du pistil lorsque les anthères étaient vertes et immatures avait plus de 10 000 triades biaisées vers le sous-génome D, sur la base des niveaux d'expression parentale dans les quatre SHW. Les têtes collectées au stade de démarrage ont montré un schéma similaire dans tous les SHW sauf C44 (Fig. 1).

Les barres bleu marine et orange foncé représentent le nombre de triades montrant un biais d'expression significatif vers les sous-génomes AB et D, respectivement. Pistil-1DAA pistil-un jour après l'anthèse, Pistil-AM pistil—lorsque les anthères sont au stade mature, Pistil-AI pistil—lorsque les anthères sont au stade immature, Boot head au stade boot.

Dans le tissu de la pousse de SHW-C66, les triades 9978 et 808 ont montré un biais significatif vers les sous-génomes D et AB, respectivement, en fonction du niveau d'expression parental. Cependant, dans le contexte SHW, seules 890 triades étaient biaisées en faveur du sous-génome D (Fig. 2a, b). Dans les anthères, 5667 et 1115 triades étaient biaisées vers les sous-génomes D et AB, respectivement, au niveau d'expression des progéniteurs et plus équilibrées dans la condition hexaploïde avec 1740 triades biaisées D et 1841 triades biaisées AB (Fig. 2c, d). De même, 10 128 triades biaisées vers le sous-génome D dans les niveaux d'expression parentale ont été réduites à 2976 dans les pistils (collectés lorsque les anthères étaient vertes et immatures) des SHW (Fig. 2e, f). Ces résultats illustrent des changements majeurs dans le biais d'expression parmi des centaines d'ensembles de gènes, entre le scénario sans interaction, c'est-à-dire l'état d'expression parental et l'altération à grande échelle de l'expression génique causée par les interactions des sous-génomes, c'est-à-dire dans les lignées SHW. Le nombre de triades significativement biaisées vers le sous-génome D était plus élevé dans le fond génomique parental, par rapport à leur expression lorsqu'elles étaient introgressées dans le fond hexaploïde synthétique. La distribution du HEB pour les sept autres tissus pour SHW-C66 est fournie dans les Figs supplémentaires. 2–8.

( a, c, e ) Comparaison du biais d'expression des triades envers les génomes AB et D de parents tétraploïdes (PI377655) et diploïdes (AS2386); (b, d, f) Comparaison du biais d'expression des triades envers les sous-génomes AB et D de SHW-C66 ; (a, b) Tirer ; (c, d) Anthère mature juste avant la déhiscence; (e, f) Pistil lorsque les anthères sont vertes et immatures. Les barres bleu marine et orange foncé représentent les triades montrant un biais d'expression significatif vers les sous-génomes AB et D, respectivement.

Dans le scénario in silico prédit sans interaction, la proportion de triades biaisées vers le génome D était au moins 1,5 fois (LogFC 0,6) supérieure à celles biaisées vers le génome AB, comme observé dans le tissu de pousse de SHW-C45, et plus à 27 fois (LogFC 4,8) plus élevé, comme observé dans la tête au stade de démarrage tissu de SHW-C66 (Fig. 3). Cependant, ce nombre a été considérablement réduit dans le contexte hexaploïde réel et un nombre presque égal de triades étaient biaisés en faveur des sous-génomes des deux parents (AB et D). Au contraire, les triades présentant un biais d'expression dans la direction opposée, c'est-à-dire biaisées vers le génome AB, ont augmenté dans la plupart des tissus des SHW, le HEB le plus prononcé étant observé dans la lignée SHW C44 (Fig. 3).

Les ratios sont représentés sous forme de valeurs Log fold change (LogFC). Un LogFC < 0 indique que plus de triades sont biaisées vers le sous-génome AB que le sous-génome D et un LogFC > 0 indique que plus de triades sont biaisées vers le sous-génome D que le sous-génome AB, dans un contexte génomique. C44, C45, C65 et C66 sont les quatre SHW retenus pour l'étude. Les barres vertes représentent les ratios dans le fond génomique parental et les barres bleues représentent le fond génomique SHW. Pistil-1DAA pistil-un jour après l'anthèse, Pistil-AM pistil-lorsque les anthères sont au stade mature, Pistil-AI pistil-lorsque les anthères sont au stade immature, Boot head au stade boot.

L'analyse des tendances au sein du même fond de sous-génome a révélé que les triades biaisées vers le sous-génome AB étaient plus nombreuses à l'état hexaploïde par rapport à l'état parental (Fig. 4). Tous les tissus de SHW-C44 présentaient une proportion accrue de triades présentant un biais d'expression vers le sous-génome AB, avec jusqu'à 7, 9 fois (LogFC 2, 98) plus de triades surexprimées dans le tissu hypocotyle. Dans les trois autres lignées SHW, l'augmentation des triades biaisées vers le sous-génome AB était jusqu'à 5,2 fois (tête au stade de démarrage de C66 ; LogFC 2,37). La proportion de triades biaisées vers le sous-génome D a été réduite de plus de huit fois, comme détecté dans plusieurs contextes de tissus SHW.

Les ratios sont présentés sous forme de valeurs log fold change (LogFC). Un LogFC> 0 indique que plus de triades sont biaisées vers le sous-génome AB dans le fond SHW que le fond parental et un LogFC <0 indique que plus de triades sont biaisées vers le sous-génome AB dans le fond parental que le SHW, de même pour le sous-génome D. C44, C45, C65 et C66 sont les quatre SHW utilisés pour l'étude. Les barres bleu marine et orange foncé représentent les triades montrant un biais d'expression significatif vers les sous-génomes AB et D, respectivement. Pistil-1DAA pistil-un jour après l'anthèse, Pistil-AM pistil-lorsque les anthères sont au stade mature, Pistil-AI pistil-lorsque les anthères sont au stade immature, Boot head au stade boot.

L'amplitude moyenne des valeurs HEB pour les triades biaisées AB et D pour les scénarios SHW et parentaux est résumée dans le tableau supplémentaire 5. Pour les triades biaisées AB, l'amplitude des valeurs HEB variait de −1,17 (C65—pistil lorsque les anthères sont vert et immature) à -4,37 (C44—hypocotyle), dans le fond SHW. L'amplitude de HEB des triades biaisées AB variait de -1,22 (C65 - tête au stade de démarrage) à -3,56 (C66 - tête au stade de démarrage), dans le contexte parental. De même, l'amplitude des valeurs HEB des triades biaisées en D est passée de 1,16 (C44 - pistil lorsque les anthères sont vertes et immatures) à 3,12 (C45 - glume), en arrière-plan SHW, et de 1,32 (C45 - tête au stade de démarrage) à 4,66 (C45 - tournage), en arrière-plan parental. L'amplitude moyenne des valeurs HEB des triades biaisées AB était supérieure à celles des triades biaisées D dans tous les scénarios de tissu SHW, sauf dans le fond C65 SHW dans le pistil lorsque les anthères sont vertes et immatures. Cependant, aucun schéma fixe n'a été observé dans les antécédents parentaux (tableau supplémentaire 5).

Le sous-ensemble de triades présentant des modèles de biais d'expression similaires sur différentes lignées SHW a également été analysé. Les intersections entre les quatre lignées SHW et entre les lignées SHW partageant des parents tétraploïdes ou diploïdes communs sont représentées sur la figure 5 pour le tissu de la pousse. La plus grande intersection représentait le sous-ensemble ne montrant aucun biais significatif dans les quatre lignes SHW, et cela était vrai dans les dix tissus (Fig. 5; Figs. Supplémentaires 9–17). Le tissu de pousse avait le plus petit sous-ensemble de triades présentant un biais d'expression significatif similaire vers les sous-génomes AB (228 triades) et D (242 triades), sur les quatre lignées SHW (Fig. 5). La plus grande intersection parmi les lignes SHW a été trouvée dans le pistil lorsque les anthères sont vertes et immatures (Fig. 15 supplémentaire) et le pistil - un jour après l'anthèse, pour les triades biaisées AB (1281) et biaisées D (1066), respectivement ( Fig. 9 supplémentaire).

Les barres horizontales grises sous la taille définie correspondant à C44AB indiquent le nombre de triades biaisées vers le sous-génome AB dans le SHW-C44 ; C44D indique le nombre de triades biaisées vers le sous-génome D dans le SHW-C44 ; C44UN indique le nombre de triades ne montrant aucun biais significatif dans le SHW-C44 ; De même, pour les SHW C45, C65 et C66. Les barres verticales sous la taille d'intersection indiquent le nombre de triades montrant des modèles d'expression similaires entre les ensembles. Les points noirs mettent en évidence les deux ensembles SHW comparés pour l'intersection correspondante. Le nombre au-dessus des barres représente le nombre de triades montrant un modèle d'expression similaire. Les ensembles de triades montrant un biais significatif vers les sous-génomes AB ou D et ceux ne montrant aucun biais significatif sont mis en évidence par les rectangles bleu, vert et marron, respectivement.

Sur les 18 357 triades analysées pour le modèle d'expression, 69% à 73% ne comprenaient aucun homoéologue spécifique à un tissu, dans les quatre lignées SHW (tableau supplémentaire 6). Les fractions les plus importantes suivantes étaient des triades avec les trois homoéologues montrant la même expression tissulaire spécifique (8% à 11%) et des triades avec un seul homoéologue montrant une spécificité tissulaire, les deux autres étant plus largement exprimés (7% à 12%). De plus, il y avait plus de triades avec deux homoéologues montrant une spécificité d'expression envers le même tissu et un homoéologue largement exprimé, qu'un seul homoéologue montrant une spécificité d'expression dans un autre tissu (tableau supplémentaire 6).

Une constitution similaire a été observée dans des contextes de tissus SHW individuels, le plus souvent, un seul des trois homoéologues étant spécifique au tissu ou les trois homoéologues présentant une spécificité tissulaire (tableau supplémentaire 7). Les triades avec deux des trois homoéologues seuls présentant une spécificité tissulaire étaient les plus faibles en nombre dans les dix tissus des quatre lignées SHW. Dans les tissus des racines et des anthères matures, le sous-ensemble de triades composé de tous les homéologues présentant une spécificité tissulaire était le plus important dans les quatre lignées SHW. Parmi les plus grands sous-ensembles de triades avec les trois homéologues montrant la même spécificité tissulaire, 455 triades dans la racine étaient communes aux quatre lignées SHW. Lorsque les homéologues de ces triades ont été soumis à une analyse d'ontologie génique pour comprendre l'enrichissement fonctionnel, les termes de processus biologiques, y compris la régulation de la morphogenèse racinaire et la régulation de la croissance du méristème racinaire, ont été enrichis dans la racine. Chez les anthères matures, ce nombre était de 427 et les termes du processus biologique, y compris la germination du pollen, la différenciation des spermatozoïdes du pollen, la croissance du tube pollinique et l'assemblage de la paroi pollinique, ont été enrichis.

Un grand nombre de triades, composées d'un, deux ou trois homéologues spécifiques à un tissu, n'ont montré aucun biais d'expression significatif, similaire à l'observation dans l'ensemble des données de la triade. Lorsque les triades montrant les biais AB et D et leurs modèles de spécificité tissulaire ont été interrogés spécifiquement, une force modérée d'association avec la statistique de Cramer-V comprise entre 0,20 et 0,57 a été observée entre le modèle de biais et la spécificité tissulaire des homoéologues dans la plupart des tissus de toutes les régions. quatre lignes SHW. Par exemple, plus de triades ont montré un biais du sous-génome D lorsque l'homéologue D seul était spécifique au tissu, un plus grand nombre de triades biaisées AB ont été observées lorsque les homoélogues A et B ont montré une spécificité tissulaire, et plus de triades biaisées D ont été observées lorsque A et D ou les homoéologues B et D seuls ont montré une spécificité tissulaire, dans la plupart des contextes tissulaires SHW. Cependant, sur la base du test d'indépendance du chi carré, l'association entre le biais d'expression et la spécificité tissulaire n'était significative que dans les tissus matures des anthères, des racines et de l'hypocotyle dans les quatre lignées SHW, et C66 a montré une association significative en plus dans le pistil-un jour après l'anthèse, pistil-lorsque les anthères sont vertes et immatures et C44 affiche une association significative dans tous les tissus. Bien que l'étendue observée des associations soit modérée, la relation entre la spécificité tissulaire des homéologues et le biais d'expression ne peut être écartée.

Pour valider les modèles observés dans des génomes plus stabilisés, le biais d'expression a été analysé dans des lignées de blé soumises à des processus de domestication et de sélection à l'aide des données de séquençage d'ARN accessibles au public pour la variété locale Chinese Spring et le cultivar Azhurnaya de Ramírez-Gonzalez et al. 36. Le nombre de HEB et l'ampleur des biais d'expression étaient beaucoup plus faibles dans ces génotypes par rapport aux lignées SHW (Fig. 6). À Azhurnaya, 2087 à 4244 triades étaient biaisées vers le sous-génome AB et 2032 à 3739 triades étaient biaisées vers le sous-génome D, dans les tissus rapportés à la Fig. 6. Au printemps chinois, 874 à 4512 triades étaient biaisées vers le sous-génome AB et 812 à 3821 triades étaient biaisées en faveur du sous-génome D, dans les cinq tissus utilisés dans l'analyse. L'ampleur des biais était plus faible dans les deux lignées de blé domestiquées que dans les lignées SHW nouvellement créées.

Les ratios sont représentés sous forme de valeurs log fold change (LogFC) représentées par les barres bleues. Un LogFC < 0 indique que plus de triades sont biaisées vers le sous-génome AB que le sous-génome D et un LogFC > 0 indique que plus de triades sont biaisées vers le sous-génome D que le sous-génome AB.

L'influence des processus de domestication et de reproduction sur les modèles HEB des triades a été analysée à l'aide des résultats SHW, Chinese Spring et Azhurnaya. Trois de nos tissus SHW pourraient être appariés aux stades de développement des échantillons de Ramírez-Gonzalez et al.36, à savoir les pistils lorsque les anthères sont matures, la racine et la tête au stade de la botte, et ont été utilisés dans cette analyse. La majorité des triades (29 à 55%) ont conservé des modèles de biais d'expression similaires dans le blé resynthétisé, la variété locale (Chinese Spring) et le cultivar (Azhurnaya) dans les trois tissus (Fig. 18 supplémentaire). Seuls 9 à 14 % ont montré des schémas de biais similaires dans le SHW et le printemps chinois, et sont passés à un état de biais différent à Azhurnaya, reflétant peut-être l'impact d'une sélection rigoureuse. De plus, 9 à 30% des triades, sur la base des différents scénarios de tissu SHW, ont montré une inversion de l'état de biais SHW à Azhurnaya (Fig. 18 supplémentaire). En tenant compte des différences HEB pour les triades parmi les lignées SHW, nous avons également étudié spécifiquement le sous-ensemble de triades présentant des modèles de biais similaires sur les quatre lignées SHW. La majeure partie des triades de ce sous-ensemble a conservé les mêmes schémas de biais d'expression dans les SHW, Chinese Spring et Azhurnaya, et la deuxième plus grande proportion a montré des schémas similaires dans les SHW et Azhurnaya et non dans Chinese Spring, indiquant l'inversion des schémas de biais pendant la récolte. amélioration. L'ensemble de triades montrant des changements de modèle similaires, y compris Chinese Spring et Azhurnaya, était le plus petit.

L'analyse de l'expression HEB à travers dix tissus différents a permis l'étude des modèles de biais des triades à travers les tissus, c'est-à-dire à travers les stades de développement. Dans les quatre lignées SHW, le plus grand motif observé était des triades ne montrant aucun biais significatif dans aucun tissu. Il y avait entre 1449 et 3014 triades dans les lignées SHW qui présentaient ce modèle (Fig. 7, Fig. 19 supplémentaire). Dans les quatre lignées SHW, la prochaine tendance de biais la plus fréquemment observée était celle où les triades ne présentaient aucun biais significatif dans aucun des tissus, mais étaient biaisées vers les sous-génomes AB ou D uniquement dans les tissus d'anthères matures (Fig. 7, Fig. 19). Des motifs ne montrant qu'un biais significatif dans l'un des tissus tels que le pistil - un jour après l'anthèse, le pistil lorsque les anthères sont vertes et immatures et la racine, ont été observés dans plusieurs triades. De plus, il y avait des milliers de motifs spécifiques aux triades dans les tissus. Des tendances similaires ont également été observées à Azhurnaya, et le sous-ensemble de triades présentant un biais significatif dans les tissus des anthères était plus important, alors qu'au printemps chinois, les triades présentant un biais significatif uniquement dans les tissus des épis étaient courantes.

Parcelles alluviales représentant les tendances de biais d'expression des triades à travers les tissus dans (a) SHW-C66 (b) Landrace Chinese Spring et (c) Cultivar Azhurnaya; Biais AB (AB), représenté par des barres bleu marine : triades significativement biaisées vers le sous-génome AB ; Biais D (D), représenté par des barres orange foncé : triades significativement biaisées vers le sous-génome D ; Non exprimé (NE), représenté par des barres vertes : les homéologues des triades ne sont pas exprimés ; Non biaisé (UN), représenté par des barres grises : aucun biais d'expression significatif observé.

De plus, l'analyse de l'expression différentielle de l'ensemble de gènes entre les parents et les SHW a été étudiée. Les 106 913 modèles de gènes de confiance élevée identifiés dans le génome hexaploïde du blé selon l'annotation IWGSC RefSeq v2.133 ont été utilisés dans l'analyse. Dans les gènes des sous-génomes A et B, seuls quelques centaines à un maximum de 1015 gènes ont été régulés à la baisse chez les SHW par rapport à leurs parents tétraploïdes dans SHW-C44 (Fig. 8). En revanche, plus de 20 000 gènes du sous-génome D ont été régulés à la baisse chez tous les SHW par rapport à leurs parents diploïdes (Fig. 8). Plus important encore, dans les trois sous-génomes, seuls 357 à 755 gènes et 141 à 372 gènes présentaient une régulation positive à l'état hexaploïde, dans les sous-génomes AB et D, respectivement.

Les barres bleues représentent le nombre de gènes régulés négativement et les barres jaunes représentent le nombre de gènes régulés positivement.

Les données RNA-seq ont également été exploitées pour caractériser les différences dans les modèles d'épissage aux différents niveaux de ploïdie afin de faire la lumière sur les différences qualitatives entre les transcrits. Cette analyse a capturé les variants d'épissage de tous les gènes, qu'ils soient exprimés de manière différentielle ou non. Cinq principaux types d'événements d'épissage alternatif, à savoir les exons mutuellement exclusifs (MXE), le site d'épissage alternatif 3 '(A3SS), le site d'épissage alternatif 5' (A5SS), l'intron retenu (RI) et l'exon sauté (SE) ont été étudiés (Fig. 9). À titre d'exemple, le nombre d'isoformes d'ARN à épissage alternatif statistiquement significatives détectées dans chaque génotype est illustré pour le tissu de pousse dans les facettes du graphique à barres empilées (Fig. 10a, b). L'intron retenu était l'événement d'épissage alternatif le plus courant (34, 2 à 79, 5%) et les exons mutuellement exclusifs étaient les moins détectés (0 à 7, 3%) dans tous les scénarios. Les anthères et le pistil matures - lorsque les anthères sont vertes et immatures, ont montré le moins d'événements épissés alternatifs par rapport aux autres tissus. Le nombre d'événements épissés alternativement détectés dans les neuf autres tissus est présenté dans les Figs supplémentaires. 20–28. Parmi les multiples événements épissés alternativement détectés, 69 % à 78 % correspondaient à des gènes homéologues dans les triades (Fig. 10c et Fig. 20 à 28 supplémentaires). Dans toutes les comparaisons, davantage d'événements d'épissage alternatifs étaient associés aux homéologues D, sauf dans le tissu de la pousse de C45 par rapport aux parents, où une proportion égale d'événements était associée aux trois sous-génomes (Fig. 10c et Fig. 20–28 supplémentaires). Dans l'ensemble, une répression quantitative à grande échelle du sous-génome D a été observée dans les lignées SHW, mesurée par les biais d'expression homéologues et les changements qualitatifs étaient également plus importants dans ce sous-génome, comme l'illustre la plus grande représentation d'événements d'épissage alternatifs de l'ARN.

(a) Site d'épissage alternatif 3 '; (b) Site d'épissage alternatif en 5'; (c) exons mutuellement exclusifs; (d) intron retenu; (e) Exon sauté. Les tracés rouges représentent l'Ae. tauschii C26 transcrits parents et les tracés jaunes représentent les transcrits SHW lignée C66.

(a) parent diploïde vs lignée SHW ; (b) Parent tétraploïde vs SHW. Exons mutuellement exclusifs MXE, épissage alternatif 3 'A3SS, épissage 5' alternatif A5SS, intron retenu par RI, exon ignoré par SE, LA Langdon, PI PI377655; ( c ) Proportion d'événements d'épissage alternatif impliquant les homéologues dans les triades et d'autres gènes.

Le processus d'introgression de nouveaux allèles et haplotypes souhaitables sous-jacents aux phénotypes de parents génétiquement divers, connu sous le nom de présélection, est une stratégie viable pour développer des cultivars avec une résistance aux maladies, une qualité et des traits agronomiques améliorés, y compris des traits de résilience climatique. Cependant, les hybridations entre divers parents entraînent souvent une faible pénétrance et expressivité des traits provenant de parents donneurs. Des SHW sont générés pour accéder à la diversité génétique présente chez Ae. tauschii (donneur de génome D) pour surmonter ce goulot d'étranglement de la diversité allélique du blé panifiable, dans lequel une mauvaise récupération des traits parentaux a été signalée lorsque leur fond génomique passe de diploïde (DD) à hexaploïde (AABBDD)19. Par conséquent, une compréhension critique de l'impact à l'échelle du génome de la polyploïdisation chez les espèces cultivées est nécessaire pour concevoir des stratégies visant à améliorer le potentiel de la présélection. Dans cette étude, nous avons étudié et dévoilé les altérations globales du niveau d'expression dans les lignées SHW et leurs progéniteurs tétraploïdes et diploïdes correspondants pour décrire la dynamique du transcriptome qui se déroule lors des événements de polyploïdisation initiaux. Les quatre parents utilisés dans l'étude étaient d'origine géographique diverse. Plus précisément, T. turgidum cv. Langdon vient d'Amérique du Nord (Langdon) et PI377655 vient de l'ex-Yougoslavie, tandis qu'Ae. tauschii AS2386 et AS2399 viennent d'Iran37,38. Les plantes SHW primaires utilisées dans l'expérience avaient été autofécondées pendant au moins quatre générations ; ces autofécondations ont potentiellement facilité la stabilisation du génome par rapport aux polyploïdes naissants39, permettant la capture de variations transcriptomiques héréditaires.

Les ensembles de gènes de la triade (gènes présents en condition 1: 1: 1 dans les chromosomes homéologues ABD) forment la partie vitale du génome du blé jouant des rôles fonctionnels clés, tandis que les gènes présents sous la forme d'autres variations du nombre de copies homéologues remplissent d'autres fonctions40. Dans les dix tissus distincts sur le plan du développement dans les quatre lignées SHW, la majorité des gènes du sous-génome D ont été supprimés dans les SHW, par rapport à leurs niveaux d'expression parentaux. Li et al.41, dans leur analyse du transcriptome du blé resynthétisé, ont également montré le changement de dominance de l'expression en comparant les états parentaux et hexaploïdes. Des changements dans le biais d'expression chez les homéologues lors de la duplication du génome entier ont été observés dans d'autres cultures allopolyploïdes lors de la resynthèse, y compris dans le colza42 et le coton43, reflétant également la dominance du sous-génome chez ces espèces. Cependant, dans le blé panifiable, il a été proposé qu'un équilibre prévaut entre les sous-génomes, sans aucune dominance de sous-génome34,40. Néanmoins, la dominance dépendante des tissus, du stade de croissance et des signaux environnementaux a été signalée comme la cause du processus de développement et des adaptations environnementales44,45. Dans cette étude, basée sur les observations dans les lignées SHW, la dominance du niveau d'expression dans les états parentaux est réduite par la polyploïdisation, naviguant dans le processus évolutif vers l'obtention d'un allohexaploïde globalement équilibré, tandis que la variabilité spécifique à l'homéologue est capitalisée par le développement ou l'environnement. exigences. Dans les génotypes de blé domestiqué, l'expression des homéologues D s'est avérée moins réprimée que celle des homéologues A et B36,40. Ainsi, on peut considérer que l'effet répressif initial à grande échelle sur les homéologues D est d'établir un équilibre dans l'expression entre les génomes issus de parents différents (AB et D), et non pour l'assujettissement du sous-génome D. De plus, les modèles de biais d'expression établis dans les polyploïdes nouvellement synthétisés sont maintenus sur plusieurs générations à travers les processus de domestication et de sélection, comme observé dans les données ARN-seq de génomes plus stabilisés tels que Chinese Spring (une variété locale) et Azhurnaya (un cultivar) , provenant des bases de données open source correspondant à Ramírez-Gonzalez et al.36. Par conséquent, les nouveaux modèles d'expression initiaux (répression du sous-génome D) observés dans le blé hexaploïde nouvellement synthétisé sont stabilisés et hérités sur plusieurs générations.

Les événements de polyploïdisation impliquent un remaniement du génome et peuvent modifier le dosage des gènes soit immédiatement après la duplication, soit sur une longue période de temps (à l'échelle du million d'années) au cours de l'évolution46. Ici, nous avons montré les effets instantanés (dans les cinq générations d'autofécondation depuis le croisement initial) de la polyploïdisation chez le blé hexaploïde. Le changement dans l'équilibre de l'expression peut être attribué au dosage des gènes (copies d'allèles) car la stoechiométrie biologiquement significative des complexes de macromolécules et des gènes régulateurs ayant un impact sur les locus en aval est essentielle pour la forme physique d'un organisme47. La différence entre le biais d'expression des mêmes ensembles de gènes entre les tissus peut être attribuée à la contribution à l'expression des doublons qui pourraient différer dans un modèle spécifique au tissu, en particulier dans les cellules reproductrices48,49. Notamment, cinq des dix tissus utilisés dans l'étude avaient peut-être une fraction plus élevée de cellules gamétophytiques haploïdes, appelées pool reproducteur. Dans une autre dimension encore, les événements de polyploïdisation augmentent la complexité du réseau de régulation des gènes, par l'introduction de mécanismes trans-régulateurs inter-génomiques50. Cela pourrait entraîner une expression spécifique d'homéoallèles, comme observé dans des études antérieures sur le blé45 (2n = 6x = 42), la canne à sucre à haute ploïdie51 (2n = 8x–12x = 80–120) et l'arachide52 (2n = 4x = 40). En outre, l'état de développement individuel de la plante et le génotype peuvent également avoir une influence sur la spécificité de l'allèle51,53, expliquant davantage la variation de l'expression de l'homéoallèle dans les dix tissus distincts sur le plan du développement et les quatre lignées SHW génétiquement différentes utilisées dans notre enquête.

La dynamique de l'expression génique est la composante traductionnelle reliant la variation phénotypique observée et son génotype sous-jacent. Plusieurs triades montrant des modèles de biais d'expression similaires dans les SHW, Chinese Spring et Azhurnaya, indiquent que ce sous-ensemble n'est pas affecté par la sélection artificielle. Les autres triades ayant des modèles HEB altérés dans les arrière-plans de blé resynthétisé, domestiqué et élite, impliquent la sélection de modèles de biais d'expression spécifiques lors de la domestication et de l'amélioration des cultures, qui sont potentiellement couplés à d'autres gènes régulant les caractéristiques du blé panifiable moderne. La limite de cette comparaison est que les lignées SHW utilisées dans l'étude ne sont pas les progéniteurs directs de Chinese Spring ou d'Azhurnaya et que les données d'expression proviennent d'études différentes. Par conséquent, un interrogatoire plus approfondi avec plusieurs variétés locales de blé et des cultivars de blé d'élite éclairera davantage la sélection pour HEB.

Lors de l'étude des tendances de biais des triades à travers les tissus, le nombre de triades présentant un modèle d'expression non biaisé dans tous les tissus était le plus important, ce qui correspond à l'observation selon laquelle les principaux sous-ensembles de triades ne présentaient pas de biais significatif dans les quatre lignées SHW dans les dix tissus. Les HEB spécifiques à la réponse au stress biotique45 et abiotique54 ont été signalés chez le blé et le coton allopolyploïde. Les résultats de cette étude, montrant la prépondérance des tendances de biais spécifiques à la triade à travers les stades de développement, suggèrent la variabilité spatiale et temporelle de HEB, conduisant à différentes tendances de biais à travers les stades de développement, en plus des modèles de réponse au stress. Chez le coton allopolyploïde, une étude analysant le développement de la fibre a révélé les modifications de l'architecture de la chromatine aux différents stades de développement et leur influence sur les réseaux de régulation des gènes (GRN) conduisant à HEB55. Cela met en évidence le rôle potentiel de la variation dynamique dans l'architecture de la chromatine 3D en provoquant des différences spatio-temporelles dans HEB. En outre, cela indique également comment la plasticité de l'expression dans les allopolyploïdes est exploitée tout au long du développement.

Au-delà de l'effet des facteurs de stress environnementaux sur le biais d'expression, une variabilité du biais d'expression dans les différents tissus a également été rapportée chez plusieurs espèces alloplyploïdes, comme le colza56, le coton57, le caféier58 et le trèfle blanc59. Des travaux antérieurs sur le blé hexaploïde ont également montré que les triades avec des modèles de biais d'expression variés à travers les tissus sont plus spécifiques aux tissus36. Dans cette étude utilisant des transcriptomes SHW, l'association modérée entre le biais d'expression des homoéologues et la spécificité tissulaire des homoéologues dans les triades, élucide le rôle potentiel de la spécificité d'expression des homoéologues dans la direction des biais d'expression. Par conséquent, le tissu, le stade de développement, les signaux environnementaux et le génotype parental déterminent tous les modèles de biais des triades en exploitant la plasticité supplémentaire des génomes de blé hexaploïdes par rapport à leurs progéniteurs tétraploïdes et diploïdes.

En plus de la comparaison des modèles d'expression parmi les homéoallèles, l'analyse de l'expression différentielle au niveau du génome entier entre les parents et les lignées SHW effectuée pour caractériser les changements d'expression des gènes entre différents fonds génomiques, a révélé la répression à grande échelle des gènes du sous-génome D. . L'introgression de segments chromosomiques d'espèces dans les pools de gènes secondaires et tertiaires a entraîné des changements transcriptomiques chez le blé60,61,62,63 et d'autres espèces polyploïdes64,65. Plus précisément, l'analyse transcriptomique des lignées d'introgression blé × Ambylopyrum muticum a indiqué la suppression de l'expression des gènes dans les segments introgressés60. De même, une proportion plus élevée de gènes dans la région introgressée était régulée à la baisse dans les études d'expression des lignées d'addition blé-orge61. L'introgression de segments de chromatine étrangers dans une espèce conduit à la suppression des transcrits étrangers par le génome de l'hôte ; bien que la façon dont le génome hôte distingue le génome extraterrestre reste incertaine. La combinaison du génome D d'Ae. tauschii avec le génome AB chez T. turgidum entraîne des réponses analogues, suggérant que le génome AB agit comme le génome natif et le génome D comme la chromatine étrangère introduite dans les SHW.

Le résultat d'un événement de polyploïdisation au niveau génomique, et par conséquent au niveau phénotypique, dépend du fond génétique des lignées impliquées dans l'événement d'hybridation66,67. L'évaluation de plusieurs lignées SHW dérivées de diverses accessions tétraploïdes et diploïdes a montré une variabilité de la réponse à l'infection par la FHB, ce qui ne pouvait être envisagé sur la base des réponses de la FHB du parent68. Une variabilité similaire basée sur les effets de fond génotypiques a été observée pour les caractères liés au rendement des lignées de blé avec des introgressions de seigle69.

Les différences de niveau d'expression par rapport à la polyploïdisation pour atteindre l'équilibre posologique, pour établir une expression spécifique à l'homéollèle ou pour présenter des effets de fond génomiques, sont toutes potentiellement la manifestation des changements génétiques et épigénétiques qui se produisent lors de la polyploïdisation. L'analyse au niveau des chromosomes des lignées synthétiques et de leurs parents tétraploïdes et diploïdes à l'aide de techniques de cytogénétique moléculaire a décrit des différences structurelles dans les régions de la chromatine70, et l'analyse au niveau de la séquence du génome a également révélé des résultats similaires71,72. Dans une perspective épigénétique, les microARN (miARN), acteurs clés de la régulation post-transcriptionnelle des gènes, ont été exprimés de manière non additive dans le blé resynthétisé41. L'expression modifiée des miARN sous-tend peut-être le déplacement en aval du biais d'expression et de la répression dans les données d'ARNm. Les petits ARN interférents (siARN) dérivés de molécules d'ARN double brin ont été impliqués dans la méthylation des séquences d'ADN, en particulier des éléments transposables, ainsi que dans l'établissement de marques répressives de l'hétérochromatine73. Comparaison d'un blé hexaploïde nouvellement synthétisé et de son Ae. tauschii parent a révélé une accumulation accrue de siARN sur les homéologues D dans l'hexaploïde, contrairement aux observations dans les sous-génomes de T. turgidum vs hexaploïde A41. L'accumulation accrue d'ARNsi pourrait être la cause sous-jacente de la répression des homéologues D chez les hexaploïdes41. La méthylation de l'ADN est une caractéristique épigénétique de la régulation de l'expression génique et de la stabilité du génome par le silençage des éléments transposables (ET). Les changements au niveau de la ploïdie entraînent une modification des schémas de méthylation dans les contextes de séquence CG, CHG et CHH chez le blé, impliquant également les TE. Comme les TE occupent la majeure partie du génome du blé, une telle reprogrammation épigénétique de la fraction TE module l'expression des gènes dans son voisinage car les TE abritent des motifs promoteurs et amplificateurs74,75. Parmi les multiples marques d'histones dans le génome, une augmentation des diméthylations répressives de l'histone-3 lysine-27 (H3K27me2) s'est avérée positivement corrélée à l'augmentation de la ploïdie chez le blé76. De plus, les marques H3K27me3 sous-tendent l'activité spécifique au sous-génome des éléments régulateurs77, et l'introduction du sous-génome D déclenche des modifications distinctes des histones et des interactions régulatrices inter-sous-génomes qui en résultent29. L'accessibilité de la chromatine, qui est contrôlée par l'association entre les facteurs de transcription et les nucléosomes, est plus faible dans le sous-génome D des hexaploïdes par rapport à l'Ae. tauschii, entraînant également une réduction importante de l'expression des gènes78. En plus de ces changements génétiques et épigénétiques, l'altération de l'architecture de la chromatine lors de la polyploïdisation justifie également une enquête chez le blé hexaploïde. Par exemple, des changements dans les domaines associés topologiquement (TAD) et la compartimentation A/B ont été signalés chez d'autres espèces de cultures polyploïdes comme la pastèque79 et le coton80.

Après la transcription du gène, les ARNm précurseurs sont modifiés à l'aide de la machinerie d'épissage pour produire des ARN matures. Au cours de ce processus, la machinerie d'épissage peut conserver différentes combinaisons d'introns et d'exons par épissage alternatif (AS). Ce mécanisme AS peut diversifier les produits transcriptionnels et traductionnels d'un gène, modifiant ainsi sa fonction dans les cadres de développement de l'espace (différents tissus) et du temps (stades végétatifs vs reproducteurs)81. Il existe des isoformes spécifiques aux tissus et des événements de SA induits par le stress abiotique82 et biotique83. Cependant, l'impact de la polyploïdisation et le choc génomique qui en résulte sur la SA n'ont été étudiés que récemment. Dans une étude sur le blé hexaploïde et ses parents et apparentés tétraploïdes et diploïdes, Yu et al.84 ont également découvert que l'intron retenu était le mécanisme AS le plus couramment observé. La dominance de la rétention d'intron a été observée dans toutes les espèces végétales, y compris Arabidopsis85, le riz, le sorgho et le maïs86 et le coton87. L'influence de la polyploïdisation sur les événements d'épissage différentiel a été observée chez le colza allopolyploïde, ainsi que des différences spécifiques à l'homéologue chez AS88. La caractérisation de l'AS dans le transcriptome dérivé des tissus d'embryogenèse du blé et de ses progéniteurs avait une prépondérance d'événements d'épissage alternatifs en 3', cependant, la différence a été attribuée à la spécificité de l'événement AS de l'outil d'analyse et au pourcentage d'épissage dans les seuils utilisés89.

En conclusion, l'analyse globale de la dynamique du transcriptome chez les SHW par rapport à ses parents tétraploïdes et diploïdes a révélé un biais d'expression chez les homéologues, entraînant une suppression à grande échelle du sous-génome D dans les SHW, déduite de plus de 18 000 triades et de l'expression de dix tissus. Les changements qualitatifs observés parmi les transcrits sous la forme de nouvelles variantes d'épissage lors de la polyploïdisation ont également eu un impact majeur sur les homoéologues du génome D. Ces changements d'expression quantitatifs (abondance des transcrits) et qualitatifs (variants d'épissage) semblent dépendre de la composition génomique des parents et du stade de développement (tissus) des lignées de blé. Pour exploiter la diversité génétique disponible dans les progéniteurs du génome D (Ae. tauschii) et d'autres parents sauvages pour l'amélioration du blé par hybridation interspécifique, la potentialité d'expression modifiée dans la descendance doit être prise en compte pour récupérer le phénotype souhaité dans le contexte polyploïde.

Quatre lignées SHW (C44, C45, C65 et C66) et leurs deux parents tétraploïdes (PI377655–C16, Langdon–C19) et deux parents diploïdes (AS2386–C26, AS2399–C30), pour un total de huit génotypes, ont été utilisés dans la étude (tableau supplémentaire 1). Les dix échantillons de tissus suivants (Fig. 1 supplémentaire) ont été prélevés sur les huit lignées mentionnées ci-dessus : (1) tête au stade de la botte, (2) pousse prélevée à l'épiaison, (3) lemme et paléa à l'épiaison, (4) glume de premier et deuxième fleuron d'un épi, (5) pistil—lorsque les anthères sont vertes et immatures, (6) pistil—lorsque les anthères sont jaunes et juste avant la déhiscence, (7) pistil—un jour après l'anthèse, (8) anthère jaune juste avant la déhiscence, (9) hypocotyle et (10) racine, où les deux derniers tissus ont été prélevés sur de jeunes plants cultivés sur des papiers filtres Whatman. Trois répétitions biologiques par tissu des huit génotypes ont été utilisées dans l'étude (dix tissus × huit génotypes × trois répétitions = 240 échantillons).

Le kit RNeasy Plant Mini (Qiagen Inc., Germantown, MD, USA) a été utilisé pour tous les tissus à l'exception de l'anthère et du pistil matures lorsque les anthères sont vertes et immatures, qui ont été isolés à l'aide du mini kit miRNeasy (Qiagen Inc). Les ARN extraits ont été quantifiés initialement avec le nanophotomètre Implen (Implen Inc, Westlake Village, CA, USA) et la qualité et la concentration ont été évaluées avec le test Agilent RNA 6000 Nano (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA). La construction des bibliothèques d'ADNc et le séquençage ont été réalisés au Centre d'expertise et de services Génome Québec (Montréal, QC, Canada). En bref, l'enrichissement de l'ARNm a été réalisé à l'aide du module d'isolation magnétique NEBNext Poly (A) (New England BioLabs, Ipswich, MA, États-Unis), suivi de la synthèse d'ADNc et de la préparation de la bibliothèque avec les modules NEBNext RNA First Strand Synthesis, NEBNext Ultra Directional RNA Second Strand Synthesis. et le kit de préparation de bibliothèque d'ADN NEBNext Ultra II (New England BioLabs). Les bibliothèques ont été quantifiées à l'aide du kit de dosage PicoGreen dsDNA et la qualité a été analysée à l'aide de LabChip GX (PerkinElmer, MA, USA). Les bibliothèques normalisées ont été regroupées sur un cBot Illumina et des lectures appariées de 100 pb ont été générées sur une plate-forme HiSeq 4000 (Illumina Inc., CA, USA) pour les anthères matures et les pistils collectés lorsque les anthères étaient encore immatures, c'est-à-dire , avant la pollinisation. Les huit autres tissus ont été séquencés sous forme de lectures appariées de 150 pb sur la plateforme NovaSeq 6000 (Illumina Inc.).

Les lectures de séquençage ont été prétraitées à l'aide de Trimmomatic90 et alignées sur la version récemment mise à jour des pseudomolécules du génome du blé panifiable (RefSeq v2.1 ; Annotation v2.1)33 à l'aide de Spliced ​​Transcripts Alignment to a Reference (STAR)91, après indexation du génome, avec la longueur maximale d'intron fixée à 10 000 bp, le nombre maximal de discordances autorisées à six et les autres paramètres laissés à leurs paramètres par défaut.

Dans le génome du blé panifiable, près de 35 % des gènes sont présents sous forme de triades, avec une copie homéologue dans chacun des sous-génomes (1:1:1 en A:B:D)34. Un total de 18 474 triades ont été identifiées à l'aide de l'annotation Refseq v1.0. Cependant, après avoir pris en compte les révisions apportées à l'annotation Refseq v2.1, un ensemble de 18 357 triades, composé de modèles de gènes annotés avec une grande confiance33,34, a été utilisé pour cette étude de transcriptomes comparatifs. Une matrice d'expression a été générée à partir des données de comptage de gènes, et les valeurs de lectures par kilobase par million de lectures cartographiées (RPKM) ont été estimées à partir des données de comptage brutes à l'aide de la fonction rpkm dans edgeR92. Le biais d'expression des homoéologues (HEB), représentant le nombre de plis biaisés et sa direction, a été estimé à l'aide de la formule suivante35.

Où, RPKMAB et RPKMD représentent les valeurs d'expression des sous-génomes AB et D, respectivement. Pour les valeurs d'expression RPKM du sous-génome AB, la moyenne entre les niveaux d'expression des homéologues A et B d'un ensemble de gènes de triade a été utilisée, compte tenu des niveaux d'expression équilibrés des homéologues A, B et D et de la différence de longueur de gène. est expliqué par la normalisation.

De plus, le test du rapport de vraisemblance développé sur MATLAB par Smith et al.35 et utilisé pour la première fois dans Edger et al.93, a été appliqué pour identifier les triades présentant un biais significatif vers les génomes tétraploïdes (AABB) ou diploïdes (DD). Des tests de rapport de vraisemblance ont été effectués en utilisant les données d'expression des lignées SHW ainsi que les données de leurs parents tétraploïdes et diploïdes correspondants, créant un SHW in silico sans interactions inter-sous-génomes, afin de déterminer le changement de biais d'expression lors de la polyploïdisation. Les étapes de préparation des entrées en amont et de résumé en aval ont été effectuées avec des scripts personnalisés dans bash et R. Afin d'étudier les modèles de biais des gènes spécifiques aux tissus et largement exprimés, la méthode Tau94 a été utilisée pour tous les génotypes avec un seuil de 0,8 . La force de l'association entre la spécificité tissulaire des homéologues et le biais d'expression des triades a été estimée à l'aide de la statistique V de Cramer et la signification de l'association a été déterminée à l'aide du test d'indépendance du Chi-carré. L'analyse ontologique des gènes des homoéologues dans les triades de tissus racinaires et d'anthères matures avec les homoéologues A, B et D montrant la même spécificité tissulaire dans les quatre lignées SHW, a été réalisée à l'aide du kit d'outils Triticeae-Gene Tribe95. Les scripts R utilisés pour la préparation des fichiers d'entrée pour les analyses LRT et de spécificité tissulaire sont disponibles sur https://github.com/akshaya-v/SHW-Expression-bias.

Pour démêler l'HEB dans les lignées de blé domestiquées, les données RNA-seq de Ramírez-Gonzalez et al.36 pour la variété locale Chinese Spring et le cultivar Azhurnaya ont été téléchargées pour les tissus suivants : Chines Spring : feuille (à 14 jours), racine ( à 14 jours), ovaire (anthèse précoce), ovaire (anthèse tardive) et épi (au démarrage) ; Azhurnaya : stigmate et ovaire (anthèse), glumes (stade grain de lait), anthère (anthèse), racine (plantule), épi (30 % épi). Le traitement de lecture en aval, l'alignement et l'analyse HEB ont été effectués comme décrit ci-dessus pour les SHW.

Les données de comptage de lecture des dix tissus ont été regroupées en deux pools : végétatif (tige, racine, hypocotyle, glume et paléole + lemme) et reproducteur (tête, pistil - lorsque les anthères sont vertes, pistil - lorsque les anthères sont jaunes, pistil - un jour après l'anthèse et anthère jaune juste avant la déhiscence). La logique était de regrouper les tissus composés uniquement de cellules végétatives dans un pool et les tissus composés à la fois de cellules végétatives et reproductrices dans un autre pool. L'analyse de l'expression différentielle dans les deux pools a été réalisée à l'aide du package statistique edgeR92, et un taux de fausses découvertes (FDR) de <0,05 et un seuil de changement de facteur logarithmique (LogFC) de ±2,00 ont été appliqués comme seuils pour déduire les gènes exprimés de manière différentielle.

L'analyse d'épissage alternatif a été réalisée à l'aide de rMATS96. Les fichiers BAM générés à l'aide de STAR ont été utilisés. L'option allow-clipping a été activée pour accepter les alignements avec soft clipping. La détection de nouveaux sites d'épissage non présents dans les fichiers d'annotation a été autorisée à l'aide de l'option novelSS. L'analyse d'épissage alternatif a été effectuée pour les huit comparaisons possibles entre SHW et parent diploïde/tétraploïde dans les dix tissus. Les parcelles de sashimi ont été réalisées à l'aide de rmats2sashimiplot97. Le nombre et les types d'isoformes différentiellement épissées détectées chez les parents ou les lignées SHW ont été résumés à des fins de comparaison. Les types d'épissage alternatifs étaient un site d'épissage alternatif en 3', un site d'épissage alternatif en 5', des exons mutuellement exclusifs, un intron retenu et un exon sauté.

Trois répliques biologiques par tissu par génotype ont été utilisées. Il y avait dix tissus et huit génotypes, et par conséquent, il y avait 240 échantillons de tissus au total. Le test du rapport de vraisemblance pour détecter HEB significatif a été réalisé avec l'hypothèse nulle que les homoéologues montrent des niveaux d'expression égaux dans les sous-génomes AB et D, et l'hypothèse alternative que les homoéologues montrent des niveaux d'expression inégaux entre les sous-génomes, comme décrit dans Smith et al.35 . L'analyse de l'expression différentielle a été réalisée à l'aide de edgeR92 v3.38.4 avec FDR < 0,05 et seuil logFC ± 2,00. L'analyse d'épissage alternatif a été réalisée avec rMATS96 en utilisant le seuil de différence d'épissage par défaut de 0,01 %.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports sur le portefeuille Nature lié à cet article.

Les données brutes d'ARN-seq ont été déposées dans le Short Read Archive (SRA) du NCBI sous le Bioproject PRJNA905376. Les données de base pour les figures HEB, les figures d'épissage alternatif et les résultats des analyses de spécificité tissulaire sont disponibles dans Figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.6443621) (réf. 98).

Le code source des scripts R utilisés pour préparer les fichiers d'entrée et toutes les autres analyses sont fournis dans la section Méthodes.

De Storme, N. & Mason, A. Spéciation des plantes par instabilité chromosomique et changement de ploïdie : mécanismes cellulaires, facteurs moléculaires et pertinence évolutive. Courant. Végétal Biol. 1, 10–33 (2014).

Article Google Scholar

Cui, L. et al. Duplications généralisées du génome tout au long de l'histoire des plantes à fleurs. Génome Res. 16, 738–749 (2006).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ren, R. et al. Les duplications généralisées du génome entier contribuent à la complexité du génome et à la diversité des espèces chez les angiospermes. Mol. Usine 11, 414–428 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Salman-Minkov, A., Sabath, N. & Mayrose, I. La duplication du génome entier comme facteur clé de la domestication des cultures. Nat. Plantes 2, 16115 (2016).

Article CAS PubMed Google Scholar

Jiao, Y., Li, J., Tang, H. & Paterson, AH Des analyses synténiques et phylogénomiques intégrées révèlent une ancienne duplication du génome chez les monocotylédones. Cellule végétale 26, 2792–2802 (2014).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Alix, K., Gérard, PR, Schwarzacher, T. & Heslop-Harrison, JS Polyploïdie et hybridation interspécifique : partenaires pour l'adaptation, la spéciation et l'évolution des plantes. Anne. Bot. 120, 183–194 (2017).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Fawcett, JA, Maere, S. & Van de Peer, Y. Les plantes à double génome auraient peut-être eu de meilleures chances de survivre à l'événement d'extinction du Crétacé-Tertiaire. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 106, 5737 (2009).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Doyle, JJ et al. Génétique évolutive de la fusion et du dédoublement des génomes chez les plantes. Annu. Révérend Genet. 42, 443–461 (2008).

Article CAS PubMed Google Scholar

Van de Peer, Y., Ashman, T.-L., Soltis, PS & Soltis, DE Polyploïdie : une force évolutive et écologique en période de stress. Cellule végétale 33, 11–26 (2021).

Article PubMed Google Scholar

Huang, S. et al. Gènes codant pour l'acétyl-CoA carboxylase de plaste et la 3-phosphoglycérate kinase du complexe Triticum/Aegilops et histoire évolutive du blé polyploïde. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 99, 8133–8138 (2002).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Feuillet, C., Langridge, P. & Waugh, R. L'élevage céréalier se promène du côté sauvage. Tendances Genet. 24, 24–32 (2008).

Article CAS PubMed Google Scholar

Cox, TS Approfondissement du patrimoine génétique du blé. J. Crop Prod. 1, 1–25 (1997).

Article Google Scholar

Lui, F. et al. Le séquençage de l'exome met en évidence le rôle de l'introgression relative sauvage dans la formation du paysage adaptatif du génome du blé. Nat. Genet. 51, 896–904 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Akhunov, ED et al. Les cartes de la diversité des nucléotides révèlent la variation de la diversité parmi les génomes et les chromosomes du blé. BMC Genomics 11, 702 (2010).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dempewolf, H. et al. Utilisation passée et future de parents sauvages dans la sélection végétale. Culture Sci. 57, 1070-1082 (2017).

Article Google Scholar

Ogbonnaya, FC et al. Hexaploïdes synthétiques : exploitation des espèces du pool génétique primaire pour l'amélioration du blé. Race végétale. Rév. 37, 35–122 (2013).

Article Google Scholar

Mujeeb-Kazi, A., Gul, A., Farooq, M., Rizwan, S. & Ahmad, I. Renaissance des hexaploïdes synthétiques avec des implications mondiales pour l'amélioration du blé. Aust. J. Agric. Rés. 59, 391–398 (2008).

Article Google Scholar

Mirzaghaderi, G. & Mason, AS Élargissement du génome D du blé tendre. Théor. Appl Genet. 132, 1295-1307 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Dreisigacker, S. & Kishii, M. L'utilisation de blé hexaploïde synthétique dans le programme mondial de blé CIMMYT. CIMMYT https://repository.cimmyt.org/handle/10883/20692 (2019).

Hiebert, CW et al. La résistance à la rouille de la tige du blé est supprimée par une sous-unité du complexe médiateur. Nat. Commun. 11, 1123 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bai, D. & Knott, D. Suppression de la résistance à la rouille chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) par les chromosomes du génome D. Génome 35, 276-282 (1992).

Article Google Scholar

Yang, C. et al. Evolution des réponses physiologiques au stress salin chez le blé hexaploïde. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 111, 11882–11887 (2014).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hong, Y. et al. La suppression de la transcription de TaGW2 a augmenté la largeur et le poids du grain dans le blé panifiable. Fonc. Intégr. Génomique 14, 341–349 (2014).

Article CAS Google Scholar

Dubcovsky, J. & Dvorak, J. La plasticité du génome est un facteur clé du succès du blé polyploïde sous domestication. Sciences 316, 1862–1866 (2007).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nieto Feliner, G., Casacuberta, J. & Wendel, JF Génomique de la nouveauté évolutive chez les hybrides et les polyploïdes. Devant. Genet. 11, 792 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Levy, AA & Feldman, M. Reprogrammation génétique et épigénétique du génome du blé lors de l'allopolyploïdisation. Biol. J. Linn. Soc. 82, 607–613 (2004).

Article Google Scholar

Wicker, T. et al. Impact des éléments transposables sur la structure et l'évolution du génome chez le blé tendre. Génome Biol. 19, 103 (2018).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Guo, X. & Han, F. Modification épigénétique asymétrique et élimination des séquences d'ADNr par polyploïdisation chez le blé. Cellule végétale 26, 4311–4327 (2014).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lv, Z. et al. Conservation et trans-régulation de la modification des histones dans les sous-génomes A et B du blé polyploïde lors de la domestication et de la transition ploïdique. BMC Biol. 19, 42 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Feldman, M. & Levy, AA Évolution du génome due à l'allopolyploïdisation du blé. Génétique 192, 763–774 (2012).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jiao, W. et al. Modifications asymétriques de l'expression génique, des petits ARN et de la chromatine dans deux allotétraploïdes de blé resynthétisés. Plant J. 93, 828–842 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Li, Z. et al. La carte épigénomique du blé tendre révèle des caractéristiques architecturales et évolutives distinctes de la chromatine des éléments génétiques fonctionnels. Génome Biol. 20, 139 (2019).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhu, T. et al. Les cartes optiques affinent le blé panifiable Triticum aestivum cv. Assemblage du génome du printemps chinois. Plant J. 107, 303–314 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

IWGSC. Repousser les limites de la recherche et de la sélection du blé en utilisant un génome de référence entièrement annoté. Sciences 361, ear7191 (2018).

Article Google Scholar

Smith, RD, Kinser, TJ, Smith, GDC & Puzey, JR Un test de rapport de vraisemblance pour les changements dans le biais d'expression homéologique. BMC Bioinform. 20, 1–11 (2019).

Article Google Scholar

Ramírez-González, RH et al. Le paysage transcriptionnel du blé polyploïde. Sciences 361, ear6089 (2018).

Article PubMed Google Scholar

Zhang, L.-Q. et coll. Apparition fréquente de gamètes non réduits chez les hybrides Triticum turgidum–Aegilops tauschii. Euphytica 172, 285-294 (2010).

Article Google Scholar

Liu, M. et al. Résistance à la rouille jaune dans le matériel génétique d'Aegilops tauschii. Culture Sci. 53, 2014-2020 (2013).

Article Google Scholar

Shaked, H., Kashkush, K., Ozkan, H., Feldman, M. & Levy, AA L'élimination des séquences et la méthylation de la cytosine sont des réponses rapides et reproductibles du génome à l'hybridation étendue et à l'allopolyploïdie du blé. Cellule végétale 13, 1749–1759 (2001).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Juery, C. et al. Nouvelles connaissances sur les variations du nombre de copies homéologues dans le génome hexaploïde du blé. Génome végétal 14, e20069 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Li, A. et al. Les transcriptomes d'ARNm et de petits ARN révèlent des informations sur la régulation homéologue dynamique de l'hétérosis allopolyploïde chez le blé hexaploïde naissant. Cellule végétale 26, 1878–1900 (2014).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wu, J. et al. Biais d'expression homoéologique et dominance du niveau d'expression dans l'allopolyploïde resynthétisé Brassica napus. BMC Genomics 19, 586 (2018).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Yoo, M., Szadkowski, E. & Wendel, J. Biais d'expression homoeolog et dominance du niveau d'expression dans le coton allopolyploïde. Hérédité 110, 171–180 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Pfeifer, M. et al. Interaction du génome dans le transcriptome du grain du blé panifiable hexaploïde. Sciences 345, 1250091 (2014).

Article PubMed Google Scholar

Powell, JJ et al. Le transcriptome associé à la défense du blé hexaploïde présente un biais d'expression et d'induction homéologue. Biotechnologie Végétale. J. 15, 533–543 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Veitia, RA & Birchler, JA Problèmes de dosage des gènes : un thème récurrent dans les événements de duplication du génome entier. Tendances Genet. 38, 1–3 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Birchler, JA Aperçus des études paléogénomiques et démographiques sur les conséquences de l'expression des gènes sensibles au dosage chez les plantes. Courant. Avis. Végétal Biol. 15, 544-548 (2012).

Article CAS PubMed Google Scholar

Conant, GC, Birchler, JA & Pires, JC Dosage, duplication et diploïdisation : clarifier l'interaction de plusieurs modèles pour l'évolution des gènes en double au fil du temps. Courant. Avis. Végétal Biol. 19, 91–98 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Birchler, JA & Veitia, R. Cent ans d'équilibre génétique : comment les problèmes stoechiométriques affectent l'expression des gènes, l'évolution du génome et les traits quantitatifs. Cytogenet Génome Res. 161, 529–550 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Hu, G. & Wendel, JF Contrôles Cis-trans et nouveauté réglementaire accompagnant l'allopolyploïdisation. N. Phytol. 221, 1691-1700 (2019).

Article Google Scholar

Margarido, GRA, Correr, FH, Furtado, A., Botha, FC et Henry, RJ Expression génique spécifique d'allèle limitée dans la canne à sucre hautement polyploïde. Génome Res. https://doi.org/10.1101/gr.275904.121 (2021).

Peng, Z. et al. Les polymorphismes naturels dans une paire d'homéologues NSP2 peuvent entraîner une perte de nodulation dans l'arachide. J. Exp. Bot. 72, 1104-1118 (2020).

Article Google Scholar

Correr, FH, Furtado, A., Garcia, AAF, Henry, RJ & Margarido, GRA Biais d'expression des allèles dans les accessions de canne à sucre à ploïdes mixtes. bioRxiv https://doi.org/10.1101/2021.08.26.457296 (2021).

Dong, Y. et al. Héritage parental versus innovation réglementaire dans la réactivité au stress salin des espèces de coton allopolyploïdes (Gossypium). Plant J. 111, 872–887 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pei, L. et al. L'architecture dynamique du génome 3D de la fibre de coton révèle la topologie de la chromatine coordonnée sous-génome pour la différenciation unicellulaire en 4 étapes. Génome Biol. 23, 45 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Khan, D. et al. Le profilage de l'expression génique révèle les réseaux de facteurs de transcription et le biais du sous-génome au cours du développement des graines de Brassica napus. Plant J. 109, 477–489 (2022).

Article CAS PubMed Google Scholar

Fang, L., Guan, X. & Zhang, T. Évolution asymétrique et domestication du coton allotétraploïde (Gossypium hirsutum L.). Crop J. 5, 159-165 (2017).

Article Google Scholar

Combes, M.-C., Cenci, A., Baraille, H., Bertrand, B. & Lashermes, P. Expression génique homéologue en réponse à la température croissante chez un allopolyploïde récent (Coffea arabica L.). J. Hérédité 103, 36–46 (2011).

Article Google Scholar

Griffiths, AG et al. Se libérer : la génomique de l'expansion de niche facilitée par l'allopolyploïdie chez le trèfle blanc. Cellule végétale 31, 1466–1487 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Coombes, B. et al. Le séquençage du génome entier révèle le paysage structural et transcriptomique du blé hexaploïde/Am. lignes d'introgression muticum. bioRxiv https://doi.org/10.1101/2021.11.16.468825 (2021).

Rey, E. et al. La reprogrammation du transcriptome due à l'introduction d'un télosome d'orge dans le blé panifiable affecte plus de gènes d'orge que de blé. Biotechnologie Végétale. J. 16, 1767-1777 (2018).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dong, Z. et al. Impacts à l'échelle du génome de l'introgression de la chromatine étrangère sur les transcriptions des gènes du blé. Sci. Rep. 10, 4801 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, H. et al. Une translocation spontanée blé-Aegilops longissima portant Pm66 confère une résistance à l'oïdium. Théor. Appl Genet. 133, 1149–1159 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Bin, Z. et al. Réponses d'aneuploïdie transcriptionnelle des lignées d'addition extraterrestres monosomiques de Brassica rapa-oleracea (MAAL) dérivées de l'allopolyploïde naturel B. napus. Devant. Genet. 10, 67 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shao, Y., Pan, Q., Zhang, D., Kang, L. & Li, Z. Perturbations globales de l'expression génique dans le colza dues à l'introduction de chromosomes de radis exotiques. J. Genet. 100, 25 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Gallois, J.-L., Moury, B. & German-Retana, S. Rôle du fond génétique dans la résistance aux virus des plantes. Int J. Mol. Sci. 19, 2856 (2018).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Sharma, S. et al. Introduire des allèles bénéfiques issus des ressources phytogénétiques dans le germoplasme du blé. Biologie 10, 982 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Szabo-Hever, A. et al. Diversité génétique et résistance à la fusariose de l'épi chez le blé hexaploïde synthétique dérivé d'Aegilops tauschii et de diverses sous-espèces de Triticum turgidum. Devant. Usine Sci. 9, 1829 (2018).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Moskal, K., Kowalik, S., Podyma, W., Łapiński, B. & Boczkowska, M. Les avantages et les inconvénients de l'introgression de la chromatine du seigle dans le génome du blé. Agronomie 11, 456 (2021).

Article CAS Google Scholar

Zhao, L. et al. Stabilité chromosomique des hybrides de blé synthétique-naturel. Devant. Usine Sci. 12, 654382 (2021).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Ozkan, H., Levy, AA et Feldman, M. Évolution rapide du génome induite par l'allopolyploïdie dans le groupe du blé (Aegilops – Triticum). Cellule végétale 13, 1735–1747 (2001).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yu, M., Guan, L.-L., Chen, G.-Y., Pu, Z.-E. & Hou, D.-B. Changements génomiques rapides induits par l'allopolyploïdie dans le blé hexaploïde synthétique nouvellement généré. Biotechnol. Biotechnol. Équiper. 31, 236-242 (2017).

Article CAS Google Scholar

Gutbrod, MJ & Martienssen, RA Fonctions chromosomiques conservées de l'interférence ARN. Nat. Révérend Genet. 21, 311-331 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yaakov, B. & Kashkush, K. Modifications massives des schémas de méthylation autour des transposons d'ADN dans les quatre premières générations d'un allohexaploïde de blé nouvellement formé. Génome 54, 42–49 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Yuan, J. et al. Modifications dynamiques et réversibles de la méthylation de l'ADN induites par la séparation et la fusion du génome du blé polyploïde. BMC Biol. 18, 171 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, Y. et al. Les paysages de diméthylation de l'histone H3K27 contribuent à la stabilité du génome et à la recombinaison génétique lors de la polyploïdisation du blé. Plant J. 105, 678–690 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Wang, M. et al. Un atlas des éléments régulateurs épigénétiques du blé révèle une divergence sous-génomique dans la régulation du développement et des réponses au stress. Cellule végétale 33, 865–881 (2021).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Lu, F.-H. et coll. L'accessibilité réduite de la chromatine sous-tend les différences d'expression génique dans les bras chromosomiques homologues du diploïde Aegilops tauschii et du blé hexaploïde. GigaScience 9, giaa070 (2020).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Garcia-Lozano, M. et al. Modification de la conformation de la chromatine et de la régulation de la transcription chez la pastèque après le doublement du génome. Plant J. 106, 588–600 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Wang, M. et al. Dynamique évolutive de l'architecture du génome 3D suite à la polyploïdisation chez le coton. Nat. Plantes 4, 90–97 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kazan, K. Épissage alternatif et diversité des protéomes chez les plantes : la pointe de l'iceberg vient d'émerger. Tendances Plant Sci. 8, 468–471 (2003).

Article CAS PubMed Google Scholar

Laloum, T., Martín, G. & Duque, P. Contrôle d'épissage alternatif des réponses au stress abiotique. Tendances Plant Sci. 23, 140-150 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Huang, J. et al. Les effecteurs de Phytophthora modulent l'épissage alternatif à l'échelle du génome des ARNm de l'hôte pour reprogrammer l'immunité des plantes. Mol. Usine 13, 1470–1484 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Yu, K. et al. Modifications de l'épissage alternatif en réponse à la domestication et à la polyploïdisation du blé. Physique Végétale. 184, 1955-1968 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Martin, G., Marquez, Y., Mantica, F., Duque, P. & Irimia, M. Les paysages d'épissage alternatif chez Arabidopsis thaliana à travers les tissus et les conditions de stress mettent en évidence des différences fonctionnelles majeures avec les animaux. Génome Biol. 22, 35 (2021).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Min, XJ et al. Catalogage et analyse à l'échelle du génome des gènes épissés alternativement dans les cultures céréalières. BMC Genomics 16, 721 (2015).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, M. et al. Une enquête mondiale sur l'épissage alternatif dans le coton allopolyploïde : paysage, complexité et réglementation. N. Phytol. 217, 163-178 (2018).

Article Google Scholar

Zhou, R., Moshgabadi, N. & Adams, KL Modifications importantes des modèles d'épissage alternatifs suite à l'allopolyploïdie dans les polyploïdes naturels et resynthétisés. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 108, 16122–16127 (2011).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gao, P. et al. Dynamique d'épissage alternatif et divergence évolutive au cours de l'embryogenèse chez les espèces de blé. Biotechnologie Végétale. J. 19, 1624-1643 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bolger, AM, Lohse, M. & Usadel, B. Trimmomatic : un trimmer flexible pour les données de séquence Illumina. Bioinformatique 30, 2114–2120 (2014).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dobin, A. et al. STAR : aligneur RNA-seq universel ultra-rapide. Bioinformatique 29, 15–21 (2012).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Robinson, MD, McCarthy, DJ & Smyth, GK edgeR : un package Bioconductor pour l'analyse de l'expression différentielle des données d'expression génique numérique. Bioinformatique 26, 139-140 (2009).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Edger, PP et al. Dominance du sous-génome dans un hybride interspécifique, un allopolyploïde synthétique et une fleur de singe néo-allopolyploïde naturellement établie de 140 ans. Cellule végétale 29, 2150–2167 (2017).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kryuchkova-Mostacci, N. & Robinson-Rechavi, M. Une référence des mesures de spécificité tissulaire de l'expression génique. Bref. Bioinformer. 18, 205-214 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

Chen, Y. et al. Une stratégie d'inférence d'homologie intégrant la colinéarité pour connecter les assemblages émergents dans la tribu Triticeae en tant que pratique pilote à l'ère pangénomique des plantes. Mol. Usine 13, 1694–1708 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Shen, S. et al. rMATS : détection robuste et flexible de l'épissage alternatif différentiel à partir de données d'ARN-Seq répliquées. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 111, E5593–E5601 (2014).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

rmats2sashimiplot. https://github.com/Xinglab/rmats2sashimiplot. (2015).

Vasudevan, A., Lévesque-Lemay, M., Edwards, T. & Cloutier, S. L'analyse globale du transcriptome de l'allopolyploïdisation révèle une répression à grande échelle du sous-génome D dans le blé hexaploïde synthétique. Référentiel Figshare https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.6443621 (2023).

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Le travail a été soutenu dans le cadre du projet 4D Wheat: Diversity, Discovery, Design and Delivery - un partenariat entre Génome Canada, Agriculture et Agroalimentaire Canada et les intervenants de l'industrie du blé avec le soutien administratif de Génome Prairie (Projet J-002319). Les travaux ont également été soutenus par le Partenariat canadien pour l'agriculture (projet J-001961). Les auteurs tiennent également à remercier le Dr Ronald D. Smith, College of William & Mary, États-Unis pour avoir fourni des éclaircissements sur les codes LRT MATLAB et le Dr Sridhar Ravichandran pour son soutien dans l'extraction d'ARN et les transferts de données initiaux.

Agriculture et Agroalimentaire Canada, Centre de recherche et de développement d'Ottawa, Ottawa, ON, Canada

Akshaya Vasudevan, Madeleine Lévesque-Lemay, Tara Edwards & Sylvie Cloutier

Département de biologie, Université d'Ottawa, Ottawa, ON, Canada

Akshaya Vasudevan & Sylvie Cloutier

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SC a conçu l'étude. SC, ML-L. et TE a réalisé les expériences et collecté les données. AV et SC ont finalisé les méthodes d'analyse des données, effectué l'analyse des données, interprété les résultats et les ont visualisés. AV et SC ont rédigé l'article. Tous les auteurs ont lu et approuvé l'article.

Correspondance à Sylvie Cloutier.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Communications Biology remercie Arunkumar Ramesh, Ahmad Alqudah et l'autre relecteur anonyme pour leur contribution à la relecture par les pairs de ce travail. Rédacteur en chef de la gestion principale : Joao Valente.

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Vasudevan, A., Lévesque-Lemay, M., Edwards, T. et al. L'analyse globale du transcriptome de l'allopolyploïdisation révèle une répression à grande échelle du sous-génome D dans le blé hexaploïde synthétique. Commun Biol 6, 426 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-023-04781-7

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Reçu : 17 juin 2022

Accepté : 30 mars 2023

Publié: 17 avril 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s42003-023-04781-7

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