《核酸研究》近日在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所種質(zhì)資源團隊最新研究成果。研究人員在人工合成的蘿卜×甘藍(lán)(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,并通過基因編輯促進(jìn)了同祖染色體重組和染色體剔除,首次誘導(dǎo)了能使配子迅速降低倍性的次級減數(shù)分裂。研究人員還在精細(xì)位點上實現(xiàn)了基因定點轉(zhuǎn)換,創(chuàng)制了目標(biāo)位點嵌合新基因。
該研究創(chuàng)制的人工多倍體演化模型為遺傳研究和育種提供了關(guān)鍵平臺。研制的染色體重組技術(shù)、基因定點轉(zhuǎn)換和新基因誘導(dǎo)技術(shù)為作物基因設(shè)計提供了重要工具。
十字花科包含蘿卜、白菜、甘藍(lán)、油菜、芥菜等重要蔬菜作物、油料作物和調(diào)料作物。遠(yuǎn)緣雜交被廣泛應(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(jìn)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(yuǎn)緣雜交育種難以取得實質(zhì)性突破。
為了解決這一問題,該研究首先對一份自交8代以上的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。結(jié)果發(fā)現(xiàn),人工合成的異源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。為加速基因組重排,研究人員在RRCC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低倍性的次級減數(shù)分裂。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1093/nar/gkac1209