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    蔬菜花卉研究所錢偉團隊聯(lián)合英國愛丁堡大學(xué)破譯菠菜野生種性染色體演化規(guī)律

    放大字體  縮小字體 時間:2025-05-13 09:55 來源:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所 原文:
    核心提示:近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所錢偉團隊聯(lián)合英國愛丁堡大學(xué)在國際知名期刊New Phytologist上發(fā)表了研究論文,該研究解析了兩個菠菜野生種的性別連鎖區(qū)域,揭示了S. tetrandra野生種性染色體演化規(guī)律。
      菠菜(Spinacia oleracea)及其兩個野生種S. turkestanica,S. tetrandra均為雌雄異株植物,是探究性染色體進化的理想蔬菜作物。近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所錢偉團隊聯(lián)合英國愛丁堡大學(xué)在國際知名期刊New Phytologist上發(fā)表了題為“Genome sequence of the wild species, Spinacia tetrandra, including a phased sequence of the extensive sex-linked region, revealing partial degeneration in evolutionary strata with unusual properties”的研究論文,該研究解析了兩個菠菜野生種的性別連鎖區(qū)域,揭示了S. tetrandra野生種性染色體演化規(guī)律。
     
      團隊前期研究解析了菠菜栽培種的性別決定區(qū)域,包括10 Mb的雄性特異區(qū)域(YDR)以及位于其兩側(cè)的14.1 Mb的大規(guī)模倒位。初步研究明確了栽培種與其野生近緣種S. turkestanica(分化時間大約為0.8百萬年)具有相似的性別區(qū)域,而分化時間更遠的野生種S. tetrandra(分化時間大約為6.3百萬年)則具有完全不同的性別決定區(qū)域,且不含有YDR區(qū)域。基于此,提出兩種假說,(1)轉(zhuǎn)換假說;(2)快速退化假說。
     
      該研究發(fā)現(xiàn)S. tetrandra包含一個約133 Mb的性別連鎖區(qū)域,遠大于栽培種和S. turkestanica野生種(僅12%的染色體區(qū)域為性別連鎖區(qū)域)。通過Illumina以及長讀長測序技術(shù),組裝了S. tetrandra的X和Y染色體性別連鎖區(qū)域,且發(fā)現(xiàn)性別連鎖區(qū)域的形成經(jīng)歷過兩次演化斷層(Evolutionary strata)。然而,古老的演化斷層(Stratum 1)在X和Y染色體具有較好的共線性,并且基因退化程度較低,仍保留部分祖先基因。年輕的演化斷層(Stratum 2)位于著絲粒附近,雖然演化時間更短,卻出現(xiàn)更嚴(yán)重的基因丟失和重復(fù)序列積累。這一現(xiàn)象可能暗示染色體區(qū)域固有特征(如重組頻率)可能影響性染色體的退化。
     
      系統(tǒng)發(fā)育等分析支持性染色體轉(zhuǎn)換(Turnover)模型,而非快速退化假設(shè)。具體的說,菠菜栽培種和S. turkestanica的性別連鎖區(qū)域是起源于一次來自S. tetrandra野生種X染色體的轉(zhuǎn)換,形成新的雄性決定位點;而S. tetrandra保留了更原始的性染色體狀態(tài),最終形成超大(~133 Mb)的性別連鎖區(qū)域。
     
      綜上,本研究通過多組學(xué)整合分析,破譯了S. tetrandra的性別連鎖區(qū)域及其演化規(guī)律,不僅深化了對植物性別進化機制的理解,也為解析菠菜性別決定機制奠定基礎(chǔ)。
     
      中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所折紅兵研究員(所聘)、劉志遠副研究員為本文的共同第一作者;中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所錢偉研究員、程鋒研究員、英國愛丁堡大學(xué)Deborah Charlesworth為本文的共同通訊作者。本研究得到了蔬菜生物育種全國重點實驗室、基本科研業(yè)務(wù)費(IVF-BRF2023002)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新專項(Y2023QC07)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目(CAAS-ASTIP-IVFCAAS)以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-23-A-17)的資助。
     
      論文鏈接: http://doi.org/10.1111/nph.70165
    日期:2025-05-13
     
     地區(qū): 中國 英國 歐洲
     行業(yè): 果蔬
     標(biāo)簽: 中國 英國 菠菜
     科普: 中國 英國 菠菜
     
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