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我院分子表观遗传学教育部重点实验室在植物异源多倍体基因组进化领域取得新进展

时间:2020-11-12 点击数:

 近日,我院分子表观遗传学教育部重点实验室在我国主办的著名综合性学术期刊National Science Review(IF=16.693)上发表了题为“Genomic mosaicism due to homoeologous exchange generates extensive phenotypic diversity in nascent allopolyploids”的研究论文,这是植物多倍体基因组进化领域的重要进展,也是我校首次在该杂志上发表论文。

 异源多倍体是植物物种形成的一个重要途径,但新形成的异源多倍体由于有效群体极小以及类似二倍体的严格同源染色体重组行为通常会导致严重的遗传瓶颈效应,降低其进化潜力。部分同源染色体发生减数分裂重组(称为部分同源交换, homoeologous exchange, 缩写为HE)可能是新形成异源多倍体突破遗传瓶颈的途径之一,但这一问题一直缺乏在群体水平上、全基因组层面的系统研究。特别是,在其它进化力量发挥作用之前(天然异源多倍体不可避免这个问题),HE在全基因组范围发生的模式和程度,其发生的主要限制和促进因素,以及HE产生的群体水平表型多样性一直不清楚。

 我院分子表观遗传学教育部重点实验室吴莹博士及合作者,利用实验室前期创制的一套水稻籼粳亚种间正反交异源四倍体及所有相关的对照系(包括正反交F1杂种、二倍体亲本以及亲本加倍的同源四倍体)对这一科学问题开展了系统深入的研究。在系统测定21个反映水稻生长发育和繁殖力等表型的基础上,通过全基因组测序在群体水平上分析了202个连续自交4代所获得的异源四倍体(整倍体)个体的基因组构成。研究发现,四倍体中发生了广泛的、个性化的HE;同时,一些特定的HE能够通过克服异源核质互作不兼容性或者赋予异源核质互作一定优势来影响多倍体基因组的构成。该研究发现,HE导致的部分同源染色体片段拷贝数在0-4之间的变化通过影响已知功能基因部分同源成员的相对拷贝数变化产生的剂量效应,以及不同基因之间的新的遗传互作(上位性),是产生多倍体群体水平表型多样性的重要原因。这项研究不仅首次在群体水平上、全基因组范围阐明了在异源四倍体基因组背景下HE发生的模式和程度,也揭示了HE可能是异源多倍体形成初期克服遗传瓶颈效应,增强其进化潜力的一个重要机制。

 论文的第一作者,师资博士后吴莹是该项研究工作的主要完成人。该研究与美国Iowa State University,Washington State University 以及美国Brightseed Inc.的合作者共同完成。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。


 文章链接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa277