近日，華中農業大學植物科學技術學院小麥團隊教授蘇漢東課題組在《基因組生物學》（Genome Biology）雜志發表了研究論文。該研究首次系統揭示了植物多倍化過程基因組最復雜區域著絲粒的遺傳變異機制，為新物種形成和多倍體基因組的穩定提供新認知。
真核生物著絲粒是基因組結構最復雜、變化最劇烈的區域，富含高度相似的串聯重復序列，中間穿插著長末端重復序列（LTR）轉座子。著絲粒對于染色體的正確分裂和基因組穩定性的維持至關重要。著絲粒序列的快速變異可以促進核型進化和新物種形成。然而，物種間著絲粒的變異機制以及多倍體不同基因組來源的著絲粒在數百萬年進化過程是如何協同穩定的，一直是領域內長期沒有解決的重大生物學問題。
短柄草與麥類作物同屬于早熟禾亞科，是小麥的近親，因具有較小的基因組和較為成熟的實驗系統，是研究小麥多倍化過程的模式系統。該研究利用短柄草屬的異源四倍體雜交短柄草(2n=4x=30)、兩個二倍體祖先二穗短柄草(2n=2x=10)和斯特斯短柄草(2n=2x=20)，在單堿基水平系統解析了兩個二倍體近緣種間著絲粒重復序列的組成、結構和表觀遺傳的巨大變異。結果表明，來自共同起源的祖先種著絲粒重復序列在物種進化過程出現了分化，并且著絲粒內部的同質化伴隨著局部衛星重復序列的迅猛增長，而反轉座子的插入驅動了不同物種間著絲粒重復序列的多樣性。
研究人員進一步研究了在異源多倍化過程著絲粒的動態變化，發現從二倍體到四倍體的過程中，著絲粒內部的結構重排驅動著絲粒遺傳和表觀遺傳的快速轉變。此外，泛基因組分析還揭示了短柄草屬基因組個體間著絲粒重復序列發生持續變異。
研究人員通過和普通小麥異源多倍化過程亞基因組著絲粒的相互作用比較，提出了減數分裂早前期不同亞基因組著絲?？臻g距離影響著絲粒變異的遺傳機制。
該研究為近緣物種及其異源多倍體基因組之間高度重復DNA序列的基因組學、表觀基因組學和功能多樣性方面提供了有力的見解，對于理解著絲粒種間分化驅動的新物種形成和多倍化核型穩定過程具有重要理論意義。
華中農大植科院博士研究生陳川曄、碩士研究生吳思穎和中科院遺傳所孫翼雙博士為論文共同第一作者，蘇漢東為論文通訊作者。
相關論文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-024-03206-w
本文鏈接：新研究成功解析多倍體植物著絲粒變異的遺傳機制http://m.sq15.cn/show-11-3540-0.html
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