揭示同源轉座子維持普通小麥多倍體亞基因組高級結構穩(wěn)定性

（2021.1.13 中國科學院）

2021年1月8日，Genome Biology在線發(fā)表中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心張一婧研究組與河南農業(yè)大學、中國農業(yè)科學院和河南科技學院合作完成的題為Homology-mediated inter-chromosomal interactions in hexaploid wheat lead to specific subgenome territories following polyploidization and introgression的論文，通過解析矮抗58三維基因組揭示同源轉座子參與維持普通小麥多倍體亞基因組高級結構穩(wěn)定性。

染色體組多倍化是推動植物演化的重要因素，是物種形成的主要途徑之一。在全球廣泛種植的普通小麥（Triticum aestivum， 2n=6x=42， AABBDD）是經過兩次多倍化事件形成的異源六倍體，含有三個相近但不完全相同的亞基因組（A、B、D）。A、B、D亞基因組在細胞中相對獨立，減數(shù)分裂配對僅限于來自同一亞基因組的染色體伴侶，不同亞基因組的同源染色體間一般不會發(fā)生配對。迄今為止，對亞基因組間和亞基因組內不同染色體之間互作機制的探索少有報道。

百農矮抗58（AK58，河南科技學院教授茹振鋼培育成功的小麥優(yōu)良品種）具有高產穩(wěn)產、耐逆抗病、適應性廣等特點，其選育及應用獲得2013年度國家科技進步一等獎。2015年以來，河南農業(yè)大學、中國農科院作物科學研究所與河南科技學院聯(lián)合開展了AK58的基因組測序與分析，基因組序列已在國內提前釋放。該論文為AK58系列文章之一。

研究通過分析染色質空間結構，發(fā)現(xiàn)AK58不同亞基因組的染色質在細胞中相對獨立，亞基因組內部染色體之間的互作遠大于亞基因組間染色體的互作。結合基因組序列比較，發(fā)現(xiàn)亞基因組內部染色體間的互作與亞基因組偏好轉座子的存在密切相關，表明亞基因組特異性的轉座子介導了亞基因組內部染色體間的高級結構互作。1BL/1RS易位染色體內部互作明顯，但1RS與小麥其他染色體的互作顯著降低，這或與其特殊的轉座子構成密切相關。該研究揭示了特異轉座子參與維持多倍體亞基因組的穩(wěn)定性及外源滲入染色體片段的獨立性，以及特異轉座子在穩(wěn)定多倍體亞基因組過程中的重要作用。不同的比對參數(shù)會獲得完全不同的結論，設置合適的比對參數(shù)對研究結果較為重要，并提示分析過程中可利用參數(shù)對結果的影響揭示深層的分子機理。

分子植物卓越中心研究員張一婧、中國農業(yè)科學院研究員賈繼增和趙光耀、河南農業(yè)大學教授王道文、河南科技學院教授茹振鋼為論文的共同通訊作者。賈繼增及博士生謝憶琳、程靜菲、孔垂正為論文的共同第一作者。河南農業(yè)大學教授崔黨群、河南科技學院教授胡鐵柱合作參與研究工作。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家“2011”計劃河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心建設資金及中科院戰(zhàn)略性先導科技專項的資助。