鑒定出影響同源四倍體擬南芥減數(shù)分裂特征的關(guān)鍵基因（2020.4.12 Plant Biotechnology Journal）

多倍體是由全基因組復(fù)制（WGD）產(chǎn)生的，增加了基因組的復(fù)雜性，它已經(jīng)在生物界中影響了真核生物基因組的長期進(jìn)化。多倍體也涉及到適應(yīng)、馴化和物種形成。然而，當(dāng)多倍體新形成時，它們面臨著許多挑戰(zhàn)，其中最大的一個是在減數(shù)分裂中每個染色體額外拷貝的分離。在二倍體中，每條染色體只有一條同源染色體，它可以在減數(shù)分裂中配對重組，但在多倍體中有更多的同源配體，這可能導(dǎo)致多價(jià)結(jié)合以及未配對的單價(jià)產(chǎn)生，表明配對或重組失敗。進(jìn)化的多倍體很少形成多價(jià)或單價(jià)，預(yù)防它們是多倍體減數(shù)分裂穩(wěn)定性的一個重要方面。然而多倍體的多價(jià)預(yù)防和減數(shù)分裂穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)仍然幾乎是完全神秘的。

近日，PNAS雜志在線發(fā)表了英國約翰英納斯中心細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)系Chris Morgan研究團(tuán)隊(duì)題為“Derived alleles of two axis proteins affect meiotic traits in autotetraploid Arabidopsis arenosa”的研究論文。該文介紹了他們對多倍體減數(shù)分裂的進(jìn)化穩(wěn)定機(jī)制的研究，主要探究了兩個基因?qū)Χ啾扼w減數(shù)分裂的影響。

他們以Arabidopsis arenosa為模型探究同源多倍體減數(shù)分裂穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)。該模型植物是擬南芥的近親且具有自然形成的二倍體和同源四倍體種群。已進(jìn)化的同源四倍體減數(shù)分裂是穩(wěn)定的，而新多倍體的減數(shù)分裂則是不穩(wěn)定的，后者具有豐富的多價(jià)結(jié)合、單價(jià)、染色體缺失分離和低育性的特征。在已進(jìn)化的四倍體A.arenosa中，減數(shù)分裂有幾個關(guān)鍵的特征，包括交叉數(shù)量少，多價(jià)體少（與低育性相關(guān)）等。為了了解哪些基因變化可能導(dǎo)致了這些性狀的進(jìn)化，他們之前使用了A.arenosa的基因組掃描來識別位點(diǎn)，其中包括對減數(shù)分裂過程重要的蛋白質(zhì)編碼的多個基因，例如內(nèi)聚、軸形成、聯(lián)會和同源重組。

ASYNAPSIS1（ASY1）and ASYNAPSIS3（ASY3）是四倍體細(xì)胞系中幾個減數(shù)分裂基因中的兩個。ASY1和ASY3分別是酵母軸蛋白Hop1和Red1的同源蛋白，軸蛋白是在減數(shù)分裂前期I沿著復(fù)制染色體長度形成的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，是染色體對、聯(lián)會和同源重組的關(guān)鍵。ASY1或ASY3突變體在聯(lián)會中有缺陷，交叉率低，單價(jià)率高，并且?guī)缀醪挥?。在這項(xiàng)研究中，他們探究了這兩個基因?qū)λ谋扼w減數(shù)分裂的影響。他們的研究表明，這兩個基因的等位基因與減數(shù)分裂的變化有關(guān)，包括減少多價(jià)染色體組合的形成，減少軸長，在減數(shù)分裂中期有更多桿狀雙價(jià)的趨勢。因此，他們得出結(jié)論，ASY1和ASY3是多倍體減數(shù)分裂的一個更大的多基因解決方案的組成部分。他們的研究結(jié)果有助于理解多倍體的進(jìn)化，更廣泛地說，有助于理解減數(shù)分裂性狀在面臨挑戰(zhàn)時是如何進(jìn)化的。