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近日,農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院劉慶坡教授與美國(guó)加州大學(xué)歐文分校生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系Brandon S. Gaut教授研究團(tuán)隊(duì)在玉米基因組進(jìn)化機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展,研究成果以“The genome-wide dynamics of purging during selfing in maize”為題在《Nature Plants》(2018年期刊影響因子13.297)上發(fā)表。劉慶坡和Brandon S. Gaut為通訊作者。

研究團(tuán)隊(duì)利用11個(gè)地方品種的六個(gè)世代的自交系,探究了自交過(guò)程中玉米全基因組遺傳清除的動(dòng)態(tài)變化。研究發(fā)現(xiàn),在玉米自交過(guò)程中,雜合的有害單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)更易從基因組中丟失。在高重組率的染色體序列區(qū)域,重組可導(dǎo)致與連鎖的變異位點(diǎn)的解偶聯(lián)以增加選擇效率,進(jìn)而致使dSNPs丟失的速率更快。但是,玉米在自交過(guò)程中,其雜合度減少的實(shí)際速率(35~40%/代)要慢于預(yù)期(50%/代),這可能反映出基因組中普遍存在著聯(lián)合超顯性。研究還發(fā)現(xiàn),隨著自交代數(shù)的增加,3個(gè)玉米地方種(MR01、MR08和MR18)的基因組由于大量轉(zhuǎn)座元件和染色體鈕被清除而顯著減小;這些品種在短短幾個(gè)世代內(nèi)平均減少了398 Mb的基因組序列,這相當(dāng)于每個(gè)品種丟失了3個(gè)擬南芥基因組。對(duì)于那些含有更多轉(zhuǎn)座元件和染色體鈕的大基因組玉米品系來(lái)說(shuō),其發(fā)生基因組序列丟失的可能性越大。

在進(jìn)化過(guò)程中,動(dòng)植物基因組普遍會(huì)在一定世代內(nèi)發(fā)生快速變化,但是導(dǎo)致其改變的原因卻不盡相同。自交和異交線蟲(chóng)的基因組大小差異主要是由于相近比例的基因和轉(zhuǎn)座因子的丟失造成。而玉米基因組序列的丟失,可能是其生殖方式由異花授粉轉(zhuǎn)為自交帶來(lái)的潛在后果。該研究對(duì)于深入理解植物基因組進(jìn)化,尤其植物自交過(guò)程中有害變異和重復(fù)序列等基因組序列選擇性清除的內(nèi)在機(jī)理等具有一定意義。

《Nature Plants》(中文名《自然-植物》,ISSN 2055-026X;eISSN 2055-0278)為國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊,是世界頂尖學(xué)術(shù)權(quán)威期刊《Nature》的子刊之一,專注于發(fā)表植物學(xué)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究領(lǐng)域的各種原創(chuàng)科研成果,以及有關(guān)人類與植物界相互關(guān)系的研究。