普通小麥是主要的糧食作物之一。普通小麥的形成涉及三個祖先種的兩次遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化過程。小麥基因組大小約16 Gb，包含A、B和D三套既高度同源又有明顯分化的亞基因組（其中，90%以上為重復(fù)序列）。普通小麥具有良好的可雜交性，可以與多種近緣野生種進(jìn)行雜交，由此引入野生資源的優(yōu)異性狀，有效改良小麥的農(nóng)藝性狀。普通小麥著絲粒主要由衛(wèi)星重復(fù)序列和反轉(zhuǎn)座子組成，平均大小約8 Mb。不同倍性小麥參考基因組、大規(guī)模重測序以及多組學(xué)數(shù)據(jù)的發(fā)表，為小麥著絲粒的研究提供了重要的基因組資源。

 

　　遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化是指物種通過種屬間雜交和全基因組加倍，使多套染色體在同一細(xì)胞核內(nèi)穩(wěn)定遺傳的現(xiàn)象，是新物種形成和生物多樣性重要的驅(qū)動力之一。遠(yuǎn)緣雜交可以拓寬作物基因庫的遺傳多樣性，改良作物關(guān)鍵農(nóng)藝性狀甚至創(chuàng)造新物種，具有不可替代的作用和獨(dú)特優(yōu)勢。研究表明，作物遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化早期世代會經(jīng)歷不同程度的基因組沖擊，并伴隨染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的異常，產(chǎn)生染色體重排以及單親染色體丟失等核型不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，對遠(yuǎn)緣雜交過程不同親本來源染色體組的穩(wěn)定和適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究，有助于克服種間隔離，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源更高效、更廣泛的利用。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所韓方普研究組長期從事小麥遠(yuǎn)緣雜交與染色體工程育種工作。前期，課題組利用小麥遠(yuǎn)緣雜交材料，研究四倍體長穗偃麥草的起源及快速二倍化；利用二倍體及四倍體長穗偃麥草的優(yōu)良基因用于小麥赤霉病抗性遺傳改良。本研究在前期成果的基礎(chǔ)上，從頭創(chuàng)制一系列人工合成小麥材料，探討不同基因組著絲粒瞬時適應(yīng)遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化的方式，解析多倍體基因組核型穩(wěn)定的機(jī)制，為其他多倍體作物及潛在野生近緣種著絲粒的重新馴化奠定基礎(chǔ)。

 

　　該研究通過人工創(chuàng)制一系列四倍體和六倍體合成小麥材料來模擬自然界小麥多倍化過程，并通過著絲粒特異組蛋白CENH3抗體進(jìn)行ChIP-seq試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在小麥-山羊草合成材料F1、S0及有限世代連續(xù)自交過程中，著絲粒CENH3的裝載相對親本穩(wěn)定。這說明面對基因組沖擊人工合成異源多倍體小麥早期世代著絲粒CENH3漸進(jìn)式進(jìn)化方式的普遍性，為剖析異源多倍體早期基因組相對穩(wěn)定提供了保證機(jī)制。

 

　　12月7日，相關(guān)研究成果以Wide hybridizations reveal the robustness of functional centromeres in Triticum-Aegilops species complex lines為題，在線發(fā)表在Journal of Genetics and Genomics上。該研究由遺傳發(fā)育所和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金的支持。