泛基因组学和泛转录组学的整合揭示了茶树（Camellia sinensis）中WRKY基因家族的进化动态及其调控方式的多样性

摘要

背景

WRKY转录因子家族以其保守的WRKY GQK基序和锌指结构为特征，在植物中充当核心调控模块，通过W-box结合介导发育、应激响应和代谢过程。在茶树（Camellia sinensis）中，WRKY基因作为分子整合器，将环境信号与与品质相关的化合物的生物合成联系起来，这突显了理解其进化模式对于遗传改良的重要性。然而，以往的研究受到单参考基因组方法的限制，这些方法无法捕捉到不同茶树品种中WRKY基因存在与否的完整变异谱。

结果

本研究首次对任何植物物种中的WRKY家族进行了全基因组范围的分析，整合了22个茶树基因组的数据。我们鉴定出了一组完整的WRKY基因，并将其分为核心基因和非核心基因两类，发现了在单参考研究中被忽视的广泛存在-缺失变异（PAVs）。系统发育重建确定了11个亚家族，并观察到某些亚家族具有显著的谱系特异性扩展。从机制上看，核心基因的进化主要受到全基因组或片段重复以及强烈纯化选择的驱动，而非核心基因（尤其是在某些亚家族中）则表现出适应性进化的迹象，并通过分散重复得到富集。转录组分析揭示了高表达WRKY基因簇之间的共表达网络，表明在应激适应过程中存在功能冗余和亚功能化现象。

结论

本研究的结果提供了关于茶树中WRKY家族存在-缺失和拷贝数变异的进化动态的见解，为提高茶树育种计划的抗逆性和代谢特性奠定了宝贵的遗传资源基础。