Conserved pleiotropy of an ancient plant homeobox gene uncovered by cis-regulatory dissection

生物 多效性 同源盒 遗传学 基因 同源框蛋白Nkx-2.5 基因调控网络 表型 同源框A1 调节基因 解剖(医学) 计算生物学 基因表达调控 进化生物学 基因表达 解剖
作者
Anat Hendelman,Sophia G. Zebell,Daniel Rodríguez-Leal,Noah Dukler,Gina M. Robitaille,Xuelin Wu,Jamie L. Kostyun,Lior Tal,Peipei Wang,Madelaine Bartlett,Yuval Eshed,Idan Efroni,Zachary B. Lippman
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:184 (7): 1724-1739.e16 被引量:168
标识
DOI:10.1016/j.cell.2021.02.001
摘要

Divergence of gene function is a hallmark of evolution, but assessing functional divergence over deep time is not trivial. The few alleles available for cross-species studies often fail to expose the entire functional spectrum of genes, potentially obscuring deeply conserved pleiotropic roles. Here, we explore the functional divergence of WUSCHEL HOMEOBOX9 (WOX9), suggested to have species-specific roles in embryo and inflorescence development. Using a cis-regulatory editing drive system, we generate a comprehensive allelic series in tomato, which revealed hidden pleiotropic roles for WOX9. Analysis of accessible chromatin and conserved cis-regulatory sequences identifies the regions responsible for this pleiotropic activity, the functions of which are conserved in groundcherry, a tomato relative. Mimicking these alleles in Arabidopsis, distantly related to tomato and groundcherry, reveals new inflorescence phenotypes, exposing a deeply conserved pleiotropy. We suggest that targeted cis-regulatory mutations can uncover conserved gene functions and reduce undesirable effects in crop improvement.

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