背景
調(diào)控基因的表達(dá)可實(shí)現(xiàn)植物表型和重要農(nóng)藝性狀的定向改變
? SV影響基因表達(dá)
（2020，Cell: Major Impacts of Widespread Structural Variation on Gene Expression and Crop Improvement in Tomato)
基因的時(shí)空特異性表達(dá)是植物生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫應(yīng)答的基礎(chǔ)
基因表達(dá)受到順式和反式調(diào)控
前期工作：
? 首次在植物中構(gòu)建了多個(gè)基因型的全組織表達(dá)圖譜
? 揭示了植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中基因表達(dá)和調(diào)控的高度動(dòng)態(tài)性
? 對(duì)基于單組織基因表達(dá)水平的表型預(yù)測(cè)提出挑戰(zhàn)
? 在分子水平上支持了雜種優(yōu)勢(shì)的表達(dá)模式互補(bǔ)假說(shuō)
? 挖掘了一批得到前人eQTL定位支持的主效轉(zhuǎn)錄因子及其調(diào)控的靶基因和代謝通路
? 系統(tǒng)鑒定了玉米響應(yīng)逆境脅迫的順式元件
轉(zhuǎn)錄因子可同時(shí)調(diào)控多個(gè)靶基因
? 水稻中IPA LBD；玉米tb1；小麥TaNACO71-A
順式元件中的遺傳變異可以“微調(diào)”表型
? 直接操縱轉(zhuǎn)錄因子往往會(huì)帶來(lái)劇烈的表型改變
? 未來(lái)育種時(shí)間更多時(shí)候需要針對(duì)多個(gè)關(guān)鍵農(nóng)藝性狀進(jìn)行“微調(diào)”，獲得針對(duì)特定環(huán)境的、具有“最優(yōu)化”表型的品種
? 順式調(diào)控元件中的遺傳變異是微調(diào)作物表型的立項(xiàng)材料
順式元件的作用機(jī)制有很多模型（Long et al., 2016 Cell）
順式元件鑒定
如何鑒定順式調(diào)控元件？
? ChIP-seq / DAP-seq / CUT&Tag, ATAC-seq / DNAase-seq
如人類ENCODE。
無(wú)法確定調(diào)控元件的功能性（對(duì)目標(biāo)基因表達(dá)有何影響）
? Gene editing, promoter bashing, MPRA
規(guī)模受限：達(dá)不到全基因組的研究水平
? Using natural genetic variation：ASE，eQTL
評(píng)估范圍限于群體中已有的變異，對(duì)罕見(jiàn)變異的鑒定效能較低
難以解析不同元件之間的協(xié)同（非線性）作用機(jī)制
? 機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)
可根據(jù)輸入的DNA序列通過(guò)卷積操作自動(dòng)提取靈活復(fù)雜的序列特征
高效捕捉特征之間的非線性依賴關(guān)系和較大距離跨度的互作關(guān)系
一旦經(jīng)過(guò)訓(xùn)練獲得了具有較高準(zhǔn)確度的模型，便可用于對(duì)未知序列的功能預(yù)測(cè)
