Science Advances | 首都师范大学马力耕/曹颖团队揭示植物缓冲隐秘遗传变异以维持发育和表型稳态的新机制

隐秘遗传变异（Cryptic genetic variation, CGV）是指存在于群体中但表型上不可见的遗传变异，这些变异在常规环境下不表现、但在环境变化或遗传背景改变时才会显现其表型效应。隐秘遗传变异在不同生物群体中普遍、大量存在（如拟南芥每个生态型之间大约存在30万到40万潜在CGV），也是导致生物育种过程中一个控制优异性状的单倍型在不同品种中表现差异以及现代社会环境变化导致人类疾病高发的重要原因。常规环境下隐秘遗传变异不会引起表型变化的原因是生物体存在缓冲这些隐秘遗传变异的分子机制。因此，阐明缓冲隐秘遗传变异的分子机制对于实现农业育种的可预测性以及降低人类疾病发生都至关重要。

2026年7月16日，首都师范大学生命科学学院马力耕/曹颖团队在国际期刊Science Advances在线发表了题为Spliceosome buffers cryptic genetic variation to enforcephenotypic robustness in Arabidopsis的研究论文。该研究证实剪接体做为缓冲器缓冲广泛存在的隐秘遗传变异对pre-mRNA可变剪接的影响，维持pre-mRNA剪接稳态进而维持植物发育和表型稳态（Phenotypic robustness），从而揭示了基因表达层面缓冲隐密遗传变异的全新机制。

该项研究的起点是实验室成员在克隆导致拟南芥早花的突变基因时发现突变表型源于剪接因子SKIP突变，并观察到Col-0背景下skip胚胎发育正常，但在克隆该基因时与Ler生态型杂交后在Ler背景下skip胚胎败育导致后代分离比异常。进一步通过一系列遗传分析包括把skip与237种生态型拟南芥杂交的结果表明在SKIP功能受影响后出现胚胎发育稳态（Embryonic developmental robustness）异常，而且这种异常依赖于生态型的遗传背景，暗示在剪接因子SKIP功能下降后拟南芥群体中的隐秘遗传变异被释放进而破坏胚胎发育稳态。后续GWAS和图位克隆的结果表明一个功能未知基因HIKI1（Hidden Killer 1）与SKIP的遗传上位相互作用（Epistatic interaction）导致拟南芥群体遗传背景依赖性胚胎发育稳态异常。

RNA-IP分析表明SKIP和剪接体直接结合HIKI1 pre-mRNA并调控其可变剪接；HIKI1的1123位点SNP碱基G是导致胚胎发育稳态异常的隐密遗传突变位点，该位点碱基为A时HIKI1 pre-mRNA 剪接正常，但为G时在SKIP功能下降条件下导致剪接体与HIKI1 pre-mRNA 的结合减弱，进一步导致该pre-mRNA可变剪接异常形成三种剪接变体，这些剪接变体编码的截短蛋白而不是mRNA变体本身导致胚胎败育。上述结果表明可变剪接机制缓冲HIKI1的隐秘遗传变异以维持拟南芥群体胚胎发育的稳态。已知Col-0和Ler生态型之间存在大约42万个SNP，其中对一个SNP（CGV）缓冲障碍导致的该位点的释放就引起胚胎致死，而且目前已知基因组序列的1135种生态型拟南芥中大约90%生态型需要依赖剪接体对该隐秘遗传突变的缓冲作用以保障该生态型的生存，进一步说明缓冲隐秘遗传变异的重要性。同时观察到HIKI1在拟南芥群体中被选择，而且其1123位点为G是原始类型、为A是进化类型，表明拟南芥群体通过剪接体缓冲以及进化选择两种方式以确保自身物种的稳定和生存。

进一步结合遗传学、药理学和转录学组实验分析发现包括叶片和花瓣的大小和形态、暗形态建成反应等多个胚后发育过程，以及全基因组水平可变剪接的稳态维持都依赖剪接体的缓冲作用。综上，这些结果表明剪接体缓冲隐秘遗传变异是一个普遍机制，剪接体通过维持pre-mRNA可变剪接的稳态缓冲可能导致剪接异常的多个隐秘遗传变异位点抑制这些隐秘遗传变异导致的各种表型变化；同时该结果也表明通过调节剪接体的活性可以影响隐秘遗传变异位点的缓冲或释放，从而为如何发挥优异性状在生物育种中的作用以及如何控制导致疾病的隐密遗传变异的释放提供了新的思路和方案。

首都师范大学博士后尚旭东博士和裴嘉伟博士为论文共同第一作者；首都师范大学曹颖青年教授和马力耕教授为共同通讯作者。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed7513