近日，我院分子表觀遺傳學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在我國主辦的著名綜合性學(xué)術(shù)期刊National Science Review（IF=16.693）上發(fā)表了題為“Genomic mosaicism due to homoeologous exchange generates extensive phenotypic diversity in nascent allopolyploids”的研究論文，這是植物多倍體基因組進(jìn)化領(lǐng)域的重要進(jìn)展，也是我校首次在該雜志上發(fā)表論文。
異源多倍體是植物物種形成的一個重要途徑，但新形成的異源多倍體由于有效群體極小以及類似二倍體的嚴(yán)格同源染色體重組行為通常會導(dǎo)致嚴(yán)重的遺傳瓶頸效應(yīng)，降低其進(jìn)化潛力。部分同源染色體發(fā)生減數(shù)分裂重組（稱為部分同源交換, homoeologous exchange, 縮寫為HE）可能是新形成異源多倍體突破遺傳瓶頸的途徑之一，但這一問題一直缺乏在群體水平上、全基因組層面的系統(tǒng)研究。特別是，在其它進(jìn)化力量發(fā)揮作用之前（天然異源多倍體不可避免這個問題），HE在全基因組范圍發(fā)生的模式和程度，其發(fā)生的主要限制和促進(jìn)因素，以及HE產(chǎn)生的群體水平表型多樣性一直不清楚。
我院分子表觀遺傳學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳瑩博士及合作者，利用實(shí)驗(yàn)室前期創(chuàng)制的一套水稻秈粳亞種間正反交異源四倍體及所有相關(guān)的對照系（包括正反交F1雜種、二倍體親本以及親本加倍的同源四倍體）對這一科學(xué)問題開展了系統(tǒng)深入的研究。在系統(tǒng)測定21個反映水稻生長發(fā)育和繁殖力等表型的基礎(chǔ)上，通過全基因組測序在群體水平上分析了202個連續(xù)自交4代所獲得的異源四倍體（整倍體）個體的基因組構(gòu)成。研究發(fā)現(xiàn)，四倍體中發(fā)生了廣泛的、個性化的HE；同時，一些特定的HE能夠通過克服異源核質(zhì)互作不兼容性或者賦予異源核質(zhì)互作一定優(yōu)勢來影響多倍體基因組的構(gòu)成。該研究發(fā)現(xiàn)，HE導(dǎo)致的部分同源染色體片段拷貝數(shù)在0-4之間的變化通過影響已知功能基因部分同源成員的相對拷貝數(shù)變化產(chǎn)生的劑量效應(yīng)，以及不同基因之間的新的遺傳互作（上位性），是產(chǎn)生多倍體群體水平表型多樣性的重要原因。這項(xiàng)研究不僅首次在群體水平上、全基因組范圍闡明了在異源四倍體基因組背景下HE發(fā)生的模式和程度，也揭示了HE可能是異源多倍體形成初期克服遺傳瓶頸效應(yīng)，增強(qiáng)其進(jìn)化潛力的一個重要機(jī)制。
論文的第一作者，師資博士后吳瑩是該項(xiàng)研究工作的主要完成人。該研究與美國Iowa State University，Washington State University 以及美國Brightseed Inc.的合作者共同完成。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa277
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