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科学家对可可基因组的结构变异进行分析,为植物多样性提供了线索

前瞻网    2021-08-19 13:12

分子遗传学家在大约10年前就知道,基因组结构变异在植物和动物的适应和物种形成中都发挥着重要作用,但它们对植物种群适应度的总体影响尚不清楚。

这在一定程度上是因为,精确的群体水平的结构变异鉴定,需要分析多个高质量的基因组集合,而这并不广泛可用。

科学家对可可基因组的结构变异进行分析,为植物多样性提供了线索

在这项研究中,研究人员通过分析和比较31个天然可可树种群的染色体规模的基因组集合,调查了自然种群中基因组结构变异的适应度后果。可可树是长寿的树种,也是巧克力的来源。在这31种可可品种中,他们发现了超过16万种结构变异。

发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的发现中,研究人员报告说,大多数结构变异是有害的,因此限制了可可植物的适应能力。他们指出,这些有害影响可能是基因功能受损的直接结果,也是长期抑制基因重组的间接结果。

然而,尽管总体上有不利影响,这项研究也发现了具有局部适应特征的个体结构变异,其中一些与种群之间的基因差异表达有关。这些候选基因中包括与病原体抗性有关的基因,突出了结构变异对这一重要的局部适应特性的贡献。

一组研究人员对可可树的多个株系的基因组进行了详尽而艰苦的比较,从而深入了解了基因组结构变异在基因表达和染色体进化的调控中所起的作用,从而导致了可可树种群之间的差异。

据研究小组成员Mark Guiltinan说,在强大的计算机使高分辨率基因组测序成为可能、负担得起且相对快速之前,这项对植物遗传学具有普遍意义的研究是不可能实现的。宾夕法尼亚州立大学农业科学学院园艺植物学教授和植物分子生物学教授J. Franklin Styer指出。

他说:“不同种群的可可树的基因组是99.9%相同的,但只有1%的基因组中的十分之一的结构变异,才能解释可可树在不同地区的多样性,以及它对气候和各种疾病的适应。”“这项研究,将结构变异与植物适应当地环境的能力联系起来。”

研究人员指出,总的来说,他们的发现为了解自然种群中结构变异的适应度效应背后的过程提供了重要的见解。他们认为,结构变异影响基因表达,这可能损害基因功能,并促成其有害影响。他们还为一种理论预测提供了经验支持,即结构变异会抑制基因重组,使植物不太可能适应应激源。

Guiltinan指出,除了揭示所有植物中结构变异的进化重要性的新经验证据外,记录31种可可品系的基因组差异和结构变异,为正在进行的这种有价值的植物的遗传和育种研究提供了宝贵的资源。

“所有的可可都来自亚马逊盆地——很久以前收集者从野外收集的植物都是克隆的,所以我们有一个永久的收藏。”Guiltinan表示:“他们的基因组已经测序,这代表了大量的工作和数据。通过这项研究,我们知道结构变异对植物的生存、进化,尤其是对植物适应当地条件非常重要。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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