2021年1月8日，Genome Biology在線發(fā)表中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張一婧研究組與河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和河南科技學(xué)院合作完成的題為Homology-mediated inter-chromosomal interactions in hexaploid wheat lead to specific subgenome territories following polyploidization and introgression的論文，通過解析矮抗58三維基因組揭示同源轉(zhuǎn)座子參與維持普通小麥多倍體亞基因組高級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
染色體組多倍化是推動植物演化的重要因素，是物種形成的主要途徑之一。在全球廣泛種植的普通小麥（Triticum aestivum, 2n=6x=42, AABBDD）是經(jīng)過兩次多倍化事件形成的異源六倍體，含有三個相近但不完全相同的亞基因組（A、B、D）。A、B、D亞基因組在細(xì)胞中相對獨(dú)立，減數(shù)分裂配對僅限于來自同一亞基因組的染色體伴侶，不同亞基因組的同源染色體間一般不會發(fā)生配對。迄今為止，對亞基因組間和亞基因組內(nèi)不同染色體之間互作機(jī)制的探索少有報道。
百農(nóng)矮抗58（AK58，河南科技學(xué)院教授茹振鋼培育成功的小麥優(yōu)良品種）具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、耐逆抗病、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，其選育及應(yīng)用獲得2013年度國家科技進(jìn)步一等獎。2015年以來，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所與河南科技學(xué)院聯(lián)合開展了AK58的基因組測序與分析，基因組序列已在國內(nèi)提前釋放。該論文為AK58系列文章之一。
研究通過分析染色質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)AK58不同亞基因組的染色質(zhì)在細(xì)胞中相對獨(dú)立，亞基因組內(nèi)部染色體之間的互作遠(yuǎn)大于亞基因組間染色體的互作。結(jié)合基因組序列比較，發(fā)現(xiàn)亞基因組內(nèi)部染色體間的互作與亞基因組偏好轉(zhuǎn)座子的存在密切相關(guān)，表明亞基因組特異性的轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)了亞基因組內(nèi)部染色體間的高級結(jié)構(gòu)互作。1BL/1RS易位染色體內(nèi)部互作明顯，但1RS與小麥其他染色體的互作顯著降低，這或與其特殊的轉(zhuǎn)座子構(gòu)成密切相關(guān)。該研究揭示了特異轉(zhuǎn)座子參與維持多倍體亞基因組的穩(wěn)定性及外源滲入染色體片段的獨(dú)立性，以及特異轉(zhuǎn)座子在穩(wěn)定多倍體亞基因組過程中的重要作用（模型圖）。不同的比對參數(shù)會獲得完全不同的結(jié)論，設(shè)置合適的比對參數(shù)對研究結(jié)果較為重要，并提示分析過程中可利用參數(shù)對結(jié)果的影響揭示深層的分子機(jī)理。
分子植物卓越中心研究員張一婧、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員賈繼增和趙光耀、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授王道文、河南科技學(xué)院教授茹振鋼為論文的共同通訊作者。賈繼增及博士生謝憶琳、程靜菲、孔垂正為論文的共同第一作者。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授崔黨群、河南科技學(xué)院教授胡鐵柱合作參與研究工作。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家“2011”計劃河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)資金及中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的資助。
亞基因組偏好的同源轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)亞基因組內(nèi)部染色體間互作的模式圖
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