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Gene retention, fractionation and subgenome differences in polyploid plants

蔬菜花卉所系統闡述多倍體與植物進化和作物馴化的關系

來源:生物技術研究室 發布時間:05-02 作者:程峰 點擊量:

近日,中國農業科學院蔬菜花卉研究所王曉武團隊與美國加州大學伯克利分校合作,對植物多倍體研究進行了系統闡述,提出了相關的新理論和研究展望。其論文《多倍體植物中的基因保留,分化和亞基因組差異》(Gene retention, fractionation and subgenome differences in polyploid plants)以綜述文章的形式在國際學術期刊《自然植物》(Nature Plants)上在線發表。
    不斷地多倍化繼而二倍化是植物演化和新物種形成的最重要方式之一。植物多倍化是植物基因組在進化過程中發生加倍的過程,形成了遺傳物質是原有物種兩倍(或兩倍以上)的多倍體新物種。多倍體包括古多倍體和新多倍體。古多倍體指物種的祖先在進化歷史中經歷了基因組多倍化,但隨后通過基因的丟失和基因組重排重新二倍化,也即由多套亞基因組組合形成的二倍體;而新多倍體是指新形成的,基因組未發生重排,仍然保持多倍體形式的物種。研究顯示所有植物都經歷了基因組古多倍化事件,且有相當比例的作物都在較近的時期里發生過多倍化。因此,多倍體的多套亞基因組以及多拷貝基因的進化對于植物的進化和作物的馴化具有重要意義。隨著基因組學的發展,植物多倍化的研究取得了許多重要進展,是目前植物學研究的一個重要熱點領域。
    王曉武團隊聯合加州大學伯克利分校Michael Freeling院士,通過系統綜述植物多倍體研究的最新進展,以及多倍體與古多倍體演化的最新理論,提出了多倍體進化的框架模型,將相關假說和理論置于多倍體進化的各個時期內,使我們能夠在整體水平上更全面地認識多倍體的進化特點。多倍體基因組常表現出亞基因組差異,最典型的就是分化出優勢亞基因組,即一套亞基因組相對于其他亞基因組在進化上具有優勢的現象。在闡述亞基因組優勢現象的相關機制時,針對異源多倍體雜交優勢現象形成,提出了基因通路效率平衡(Pathway efficiency balance)的模型。該模型闡釋了植物異源多倍體中亞基因組優勢形成的潛在機制,并提出其與雜交優勢可能具有一套相似的調控機制。這一假說為植物異源多倍體的研究提出了新的研究方向和思路。
    王曉武團隊多年從事蕓薹屬物種的研究,主導了白菜基因組的測序工作。蕓薹屬包括古多倍體和新多倍體等多個重要的蔬菜和油用作物,是植物多倍體進化研究的模型系統。據了解,本研究是因該課題組前期相關工作而受邀撰寫的本領域的重點綜述文章。該工作受到了國家重點研發計劃、國家自然基金項目、農業部科技創新工程和農業部園藝作物遺傳改良重點實驗室等項目的資助。
    文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41477-018-0136-7

植物進化關系樹及發生在各個時間點上的各種基因組多倍化事件。

植物基因組多倍化后的各個時期中,基因組和多拷貝基因進化相關的概念、理論和模型等。

基因通路效率平衡假說闡釋雜交優勢和亞基因組優勢的關系,及潛在的調控機制模型。

 

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