浙江农林大学/加州大学研究团队揭示玉米自交过程中全基因组遗传清除的动态变化机制

来源：BioArt植物

原标题：Nature Plants：浙江农林大学/加州大学研究团队揭示玉米自交过程中全基因组遗传清除的动态变化机制

浙江农林大学农业与食品科学学院刘庆坡教授与加州大学欧文分校生态与进化生物学系Brandon S. Gaut教授研究团队在玉米基因组进化机制研究方面取得重要进展，相关研究成果于近期以The genome-wide dynamics of purging during selfing in maize为题发表在Nature Plants 上。刘庆坡和Brandon S. Gaut为通讯作者。

自花授粉（self-fertilization或selfing）是植物重要的生殖策略。连续多代自交会增加基因组的同质性，通过暴露隐性有害变异致使植物活力和育性下降。但是，若这些隐性有害变异位点在选择（selection）作用下被有效清除（purging），则可能不会发生近交衰退（inbreeding depression）。

在这项最新研究中，研究人员利用11个地方品种的六个世代的自交系，探究了自交过程中玉米全基因组遗传清除的动态变化。他们发现，在玉米自交过程中，杂合的有害单核苷酸多态性位点（dSNPs）更易从基因组中丢失。在高重组率的染色体序列区域，重组可导致与连锁的变异位点的解偶联以增加选择效率，进而致使dSNPs丢失的速率更快。但是，玉米在自交过程中，其杂合度减少的实际速率（35~40%/代）要慢于预期（50%/代），这可能反映出基因组中普遍存在着联合超显性（associative overdominance）。

Proportion of derived allele across SNP types, generations and recombination categories.

此外，研究人员发现，随着自交代数的增加，3个玉米地方种（MR01、MR08和MR18）的基因组由于大量转座元件(transposable elements)和染色体钮（chromosomal knobs）被清除而显著减小；这些品种在短短几个世代内平均减少了398 Mb的基因组序列，这相当于每个品种丢失了3个拟南芥基因组。此外，对于那些含有更多转座元件和染色体钮的大基因组玉米品系来说，其发生基因组序列丢失的可能性越大。

Various components of the genome compared between GS∆ and GScon groups and between S1 and S6.

在进化过程中，动植物基因组普遍会在一定世代内发生快速变化，但是导致其改变的原因却不尽相同。自交和异交线虫的基因组大小差异主要是由于相近比例的基因和转座因子的丢失造成。而玉米基因组序列的丢失，可能是其生殖方式由异花授粉转为自交带来的潜在后果。该研究对于深入理解植物基因组进化，尤其植物自交过程中有害变异和重复序列等基因组序列选择性清除的内在机理等具有一定意义。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-019-0508-7