中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所建立了基因組加速演化的研究模型

2022年12月30日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所種質(zhì)資源團隊在《Nucleic Acids Research》雜志上發(fā)表了題為“Characterization and acceleration of genome shuffling and ploidy reduction in synthetic allopolyploids by genome sequencing and editing”的論文，該論文在人工合成的蘿卜×甘藍（RRCC）異源四倍體中建立了基因組加速演化的研究模型，揭示了異源多倍體植物基因組早期演化特征，通過基因編輯促進了同祖染色體重組和染色體剔除，首次誘導(dǎo)了能使配子迅速降倍的次級減數(shù)分裂。

遠緣雜交被廣泛的應(yīng)用于十字花科作物的種質(zhì)創(chuàng)新和遺傳育種。蘿卜屬和蕓薹屬作物分別獨立進化出對方稀缺的優(yōu)良性狀和抗性基因。但是，屬間基因組的重組困難制約了優(yōu)良基因的穿梭轉(zhuǎn)育，使得遠緣雜交育種難以取得實質(zhì)性突破。為了解決這一問題，研究團隊前期創(chuàng)制和引進了大量遠緣雜交新種質(zhì)。該研究首先對一份自交8代以上的蘿卜×甘藍（RRCC）異源四倍體基因組測序，揭示了多倍體基因組的早期演化。發(fā)現(xiàn)人工合成的異緣多倍體中基因組的刪除速度很快，而基因組重排速度要慢得多。核心基因和高頻基因傾向于保留，而特有基因和低頻基因傾向于丟失。大片段的染色體刪除富集在異染色質(zhì)區(qū)，可能是染色體斷裂產(chǎn)生?；蚪M間的轉(zhuǎn)座主要發(fā)生在同源片段之間，并以短片段為主。表明基因轉(zhuǎn)換是遠緣雜種基因組間遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的主要途徑。為加速基因組重排，在蘿卜×甘藍上建立了高效的基因編輯技術(shù)。通過編輯FANCM基因，提高了部分同源染色體的重組效率，并首次誘導(dǎo)了能使配子基因組迅速降倍的次級減數(shù)分裂?；蚪M降倍在遠緣雜交和倍性育種上具有重要應(yīng)用價值。通過編輯FLIP基因，成功實現(xiàn)了基因定點轉(zhuǎn)換，創(chuàng)制了目標(biāo)位點嵌合新基因。研究結(jié)果揭示了新合成的異源多倍體基因組演化規(guī)律，首次建立了基因組加速重組、高效剔除、快速降倍的研究模型。