中國科學院遺傳發(fā)育所等在多倍體小麥形成與進化研究中獲進展

　　普通小麥的形成經(jīng)歷兩次遠緣雜交和自然加倍過程，染色體組分別為A組（烏拉爾圖小麥）、B組（未知Sitopsis組物種）和D組（粗山羊草）。而作為六倍體小麥進化另一分支的茹科夫斯基小麥T. zhukovskyi（2n = 6x = 42；GGAuAuAmAm）是異源同源多倍體，其形成也經(jīng)歷兩次雜交和加倍事件，烏拉爾圖小麥和另一種尚未確定的山羊草屬植物（基因組為GG）發(fā)生天然雜交，形成了野生的提莫非維小麥T. timopheevii （2n = 4x = 28；GGAuAu），再與一粒小麥T. monococcum（2n = 2x = 14; AmAm）雜交加倍形成茹科夫斯基小麥。在這一過程中，染色體組加倍伴隨基因組沖擊而發(fā)生修飾或重組等。

 

　　中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所韓方普研究組長期從事小麥遠緣雜交與染色體工程育種工作?？蒲腥藛T前期在普通小麥核糖體DNA（rDNA）研究中觀察到長期進化過程中不同亞基因組的rDNA發(fā)生嚴重的變化：A組位點大部分丟失，D組位點拷貝數(shù)減少并失去功能，B組的一對染色體rDNA位點發(fā)生位置變化。此外，研究利用小麥遠緣雜交材料，探討四倍體長穗偃麥草的起源及快速二倍化。同時，研究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。

 

　　本研究利用人工合成的六倍體小麥GGAuAuAmAm及GGAuAuDD進行多倍體核型穩(wěn)定與rDNA位點的顯隱性研究，闡明了Au/Am、G和D亞基因組中rDNA位點在多倍體化過程中發(fā)生的遺傳和表觀遺傳變化。T. zhukovskyi（GGAuAuAmAm）在進化過程中丟失第一次遠緣雜交Au基因組的rDNA，保留第二次遠緣雜交Am基因組的rDNA。對人工合成T. zhukovskyi的分析表明，來自Am基因組的rRNA基因在F1雜交（GAuAm）中沉默，且在基因組加倍和隨后的自交過程保持失活。研究觀察到Am基因組中rDNA的失活伴隨著DNA甲基化增加，并發(fā)現(xiàn)胞苷甲基化酶抑制劑5-aza-dc可以逆轉(zhuǎn)S1代rDNA的沉默狀態(tài)。該研究揭示了T. zhukovskyi在進化過程中rDNA的顯隱性動態(tài)，并提出了失活的Am基因組的rDNA位點以R-loops的形式穩(wěn)定存在基因組中，且可能參與異源同源多倍體基因組的成功進化。

 

　　5月29日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在The Plant Journal（DOI：10.1111/tpj.16320）上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的支持。該研究由遺產(chǎn)發(fā)育所與四川農(nóng)業(yè)科學院合作完成。