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浙江农林大学刘庆坡教授玉米基因组进化机制研究取得新进展
2019-10-11 16:20:00
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  中国教育在线浙江站讯(记者 叶晨曦 通讯员 陈胜伟)近日,由浙江农林大学农业与食品科学学院刘庆坡教授,与加州大学欧文分校生态与进化生物学系布兰登·高特(Brandon S. Gaut)教授研究团队共同完成的研究成果《玉米自交过程中全基因组遗传清除的动态变化》(《The genome-wide dynamics of purging during selfing in maize》),发表在世界著名的《自然·植物》(《Nature Plants》)杂志上。该成果介绍了课题组在玉米基因组进化机制研究方面取得重要进展,刘庆坡和布兰登·高特(Brandon S. Gaut)为通讯作者。
 

  自花授粉是植物重要的生殖策略。连续多代自交会增加基因组的同质性,通过暴露隐性有害变异致使植物活力和育性下降。但是,若这些隐性有害变异位点在选择作用下被有效清除,则可能不会发生近交衰退。

  课题组人员在最新研究过程中,利用11个地方品种的六个世代的自交系,探究了自交过程中玉米全基因组遗传清除的动态变化。

  他们发现,在玉米自交过程中,杂合的有害单核苷酸多态性位点(dSNPs)更易从基因组中丢失。在高重组率的染色体序列区域,重组可导致与连锁的变异位点的解偶联以增加选择效率,进而致使dSNPs丢失的速率更快。但是,玉米在自交过程中,其杂合度减少的实际速率(35~40%/代)要慢于预期(50%/代),这可能反映出基因组中普遍存在着联合超显性。

  研究人员还发现,随着自交代数的增加,3个玉米地方种的基因组由于大量转座元和染色体钮被清除而显著减小;这些品种在短短几个世代内平均减少了398 Mb的基因组序列,这相当于每个品种丢失了3个拟南芥基因组。此外,对于那些含有更多转座元件和染色体钮的大基因组玉米品系来说,其发生基因组序列丢失的可能性越大。

  在进化过程中,动植物基因组普遍会在一定世代内发生快速变化,但是导致其改变的原因却不尽相同。自交和异交线虫的基因组大小差异主要是由于相近比例的基因和转座因子的丢失造成。而玉米基因组序列的丢失,可能是其生殖方式由异花授粉转为自交带来的潜在后果。该研究对于深入理解植物基因组进化,尤其植物自交过程中有害变异和重复序列等基因组序列选择性清除的内在机理等具有一定意义。

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