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Gene retention, fractionation and subgenome differences in polyploid plants

蔬菜花卉所系统阐述多倍体与植物进化和作物驯化的关系

来源:生物技术研究室 发布时间:05-02 作者:程峰 点击量:

近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所王晓武团队与美国加州大学伯克利分校合作,对植物多倍体研究进行了系统阐述,提出了相关的新理论和研究展望。其论文《多倍体植物中的基因保留,分化和亚基因组差异》(Gene retention, fractionation and subgenome differences in polyploid plants)以综述文章的形式在国际学术期刊《自然植物》(Nature Plants)上在线发表。
    不断地多倍化继而二倍化是植物演化和新物种形成的最重要方式之一。植物多倍化是植物基因组在进化过程中发生加倍的过程,形成了遗传物质是原有物种两倍(或两倍以上)的多倍体新物种。多倍体包括古多倍体和新多倍体。古多倍体指物种的祖先在进化历史中经历了基因组多倍化,但随后通过基因的丢失和基因组重排重新二倍化,也即由多套亚基因组组合形成的二倍体;而新多倍体是指新形成的,基因组未发生重排,仍然保持多倍体形式的物种。研究显示所有植物都经历了基因组古多倍化事件,且有相当比例的作物都在较近的时期里发生过多倍化。因此,多倍体的多套亚基因组以及多拷贝基因的进化对于植物的进化和作物的驯化具有重要意义。随着基因组学的发展,植物多倍化的研究取得了许多重要进展,是目前植物学研究的一个重要热点领域。
    王晓武团队联合加州大学伯克利分校Michael Freeling院士,通过系统综述植物多倍体研究的最新进展,以及多倍体与古多倍体演化的最新理论,提出了多倍体进化的框架模型,将相关假说和理论置于多倍体进化的各个时期内,使我们能够在整体水平上更全面地认识多倍体的进化特点。多倍体基因组常表现出亚基因组差异,最典型的就是分化出优势亚基因组,即一套亚基因组相对于其他亚基因组在进化上具有优势的现象。在阐述亚基因组优势现象的相关机制时,针对异源多倍体杂交优势现象形成,提出了基因通路效率平衡(Pathway efficiency balance)的模型。该模型阐释了植物异源多倍体中亚基因组优势形成的潜在机制,并提出其与杂交优势可能具有一套相似的调控机制。这一假说为植物异源多倍体的研究提出了新的研究方向和思路。
    王晓武团队多年从事芸薹属物种的研究,主导了白菜基因组的测序工作。芸薹属包括古多倍体和新多倍体等多个重要的蔬菜和油用作物,是植物多倍体进化研究的模型系统。据了解,本研究是因该课题组前期相关工作而受邀撰写的本领域的重点综述文章。该工作受到了国家重点研发计划、国家自然基金项目、农业部科技创新工程和农业部园艺作物遗传改良重点实验室等项目的资助。
    文章链接:https://www.nature.com/articles/s41477-018-0136-7

植物进化关系树及发生在各个时间点上的各种基因组多倍化事件。

植物基因组多倍化后的各个时期中,基因组和多拷贝基因进化相关的概念、理论和模型等。

基因通路效率平衡假说阐释杂交优势和亚基因组优势的关系,及潜在的调控机制模型。

 

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