稻属多倍体的基因组变异和表达式样研究

【作者】 邹新慧； 杜豫苏； 王新； 王倩； 陈金锋； 陈明生； 葛颂；

【机构】 中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室； 中国科学院遗传与发育生物学研究所基因组生物学研究中心；

【摘要】 杂交和多倍化是植物的一种普遍现象并在进化中扮演着重要角色,通过种间杂交和基因组加倍的异源多倍化过程是新物种形成的主要动力和表型创新的重要来源。杂交多倍化常常会诱发基因组发生一系列遗传上和基因表达上的快速变化。近年来的研究表明,在基因组序列丢失和部分同源基因的表达上常有偏向某一个亚基因组的现象,但对这一现象的普遍性及其潜在机制尚未达成共识。稻属(Oryza L.)是禾本科中与人类关系极为密切的重要植物类群,尤为值得一提的是,稻属中近一半物种为异源多倍体,且起源时间和起源方式各不相同,是研究多倍体基因组进化的一个优良体系。本研究以稻属近期形成的异源四倍体物种为研究对象,通过对基因组大片段的二代测序和三种不同组织的焦磷酸测序,利用进化基因组的研究手段来探讨多倍体基因组进化的式样和规律。与二倍体祖先大片段基因组序列的比较分析发现,BBCC多倍体与祖先基因组的共线性很强,没有偏向性的结构变异,对部分同源基因的相对表达量进行测定,也没有检测到整体上的基因组表达显性,但发现大部分的检测基因有表达偏向性,且在三个不同取样组织之间其表达偏向性多有不同。进一步分析发现,各个功能区的DNA序列进化速率在亚基因组之间基本没有显著差异,并且基因邻近区的转座子含量在亚基因组之间也没有显著差异。与之形成对比的是,另一个稻属多倍体CCDD,其成种时间仅比BBCC多倍体早大约50万年,而各组织的表达偏向性和组织间一致性均增高。由此推测,稻属多倍体的演化过程中,部分同源基因的表达分化可能是至为关键的一步,其机制还有待进一步研究。更多还原