全基因组复制与杂交事件使植物的多个亚基因组（如六倍体小麦的A、B、D）中存在大量同源基因，导致功能冗余。单个基因拷贝失活时，其余拷贝可维持正常表型，即“表型稳健性”，这增强了稳定性但为育种带来挑战。
“主动转录补偿”假说认为当一个基因拷贝发生功能丧失性突变时，细胞能主动上调同源基因表达以弥补功能缺失，该机制在斑马鱼、线虫等模式生物中已证实，但在多倍体植物中是否普遍存在仍属未解之谜。
近期，植物领域top团队英国约翰英纳斯中心的Philippa Borrill团发表在《New Phytologis》的文章，通过对六倍体和四倍体小麦的大量突变体进行转录组学分析，系统性地评估了同源基因间的转录补偿现象。
研究方法
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材料：利用EMS诱变的TILLING系（包括六倍体小麦Cadenza和四倍体小麦Kronos），筛选出携带提前终止密码子（PTC） 的单同源基因突变体。
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分析：通过RNA-seq和RT-qPCR，比较突变体与野生型之间同源基因的表达变化。
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对照：使用同义突变作为阴性对照，以排除非特异性表达波动。
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案例研究：进一步分析了四倍体小麦种已知具有功能冗余（如 PHS1）和非冗余（如 CSP41a）的同源基因对。
主要研究结果
1.六倍体小麦中缺乏广泛的主动转录补偿
通过分析六倍体小麦突变体的RNA-seq数据（图1a），确定了SSD TILLING品系中受PTC突变影响的基因及其同源基因相较于野生型（WT）的差异表达情况。
突变体中共鉴定出158个包含PTC突变的同源基因，其中20.6%到41.7%在诱变品系中相较于WT出现下调（图1b）；为了排除随机波动影响，设计了同义突变对照实验，与受同义突变影响的同源基因组无显著差异（图1c）。同义突变不影响蛋白质功能，预期不会引发主动转录补偿。
2.PTC突变位置不影响转录补偿的发生
在四个Cadenza诱变品系中鉴定出多个在基因内位置不同的PTC突变基因（图1d,e），检测了诱变品系中TraesCS5A02G119300、TraesCS6A02G155200及其同源基因（带有位于编码区早期和晚期的PTC突变）相对于WT的相对表达量，均无显著影响。
说明无论PTC位于基因的早期或晚期，均未引发系统性转录补偿，与是否启动转录补偿无关。
3.四倍体小麦中同样缺乏主动转录补偿
排除六倍体中三个拷贝的复杂情况，对四倍体小麦品种’Kronos’的TILLING突变体库进行了类似的转录组分析。在分析的101个携带PTC突变的同源基因组中，仅有3个（约3.0%）表现出健康同源基因的表达上调（图2a）。同样地，这一比例与同义突变组（1.5%）相比没有显著差异（图2b）。
表明，即使在基因剂量损失更严重的情况下，主动转录补偿在小麦中依然是一个极为罕见的事件。
4.功能冗余与否均不依赖于主动转录补偿
为了探究主动转录补偿与基因功能冗余之间的直接联系，研究团队选择了两个已有功能研究的基因家族进行案例分析。PHS1的两个同源基因（PHS1-A1和PHS1-B1）已被证明是功能冗余的，只有双突变体才会表现出淀粉颗粒形态异常的表型。CSP41a的两个同源基因则是非冗余的，仅CSP41a-A的突变就足以导致植株抗病性增强。
PHS1基因中，当一个同源基因被突变后，另一个健康的同源基因表达量并未上调（图2c）。同样，CSP41a基因中，也未观察到转录补偿现象（图2d）。这一结果清晰地表明，同源基因之间的功能冗余关系并非由主动转录补偿机制所介导。
总结
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本研究挑战了“转录补偿是功能冗余主要机制”的假设：主动转录补偿在多倍体小麦中是一种非常罕见的现象，其发生频率仅为2.5-3.3%，与随机波动水平相当。
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提出了”被动补偿“的可能性：由于小麦同源基因分化时间短、表达模式相似，即使某一拷贝失活，剩余拷贝的基础表达量（野生型的50%或67%）仍可维持正常生理功能，实现结构性功能互补。
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对育种策略有指导意义：通过干扰转录补偿打破基因冗余的效果有限；更有效的策略是直接靶向多个同源基因（如采用基因编辑技术）。
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研究局限：多数突变基因功能未知，难以直接关联表型；此外，转录后调控等其他补偿机制可能发挥作用，需进一步探索。
总之，这边文章给了我们一些启示，关注动植物转录组育种的老师们，不妨从这个角度开展数据挖掘。更多详细内容以及个性化项目可联Xi。测序选凌恩，组学科研好伙伴！