中國農業科學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，中國農業科學院蔬菜花卉研究所種質資源團隊在《Nucleic Acids Research》雜志上發表了題為“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，首次誘導了能使配子迅速降倍的次級減數分裂。

遠緣雜交被廣泛的應用于十字花科作物的種質創新和遺傳育種。蘿卜屬和蕓薹屬作物分別獨立進化出對方稀缺的優良性狀和抗性基因。但是，屬間基因組的重組困難制約了優良基因的穿梭轉育，使得遠緣雜交育種難以取得實質性突破。為了解決這一問題，研究團隊前期創制和引進了大量遠緣雜交新種質。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。發現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區，可能是染色體斷裂產生。基因組間的轉座主要發生在同源片段之間，并以短片段為主。表明基因轉換是遠緣雜種基因組間遺傳物質轉移的主要途徑。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。通過編輯FANCM基因，提高了部分同源染色體的重組效率，并首次誘導了能使配子基因組迅速降倍的次級減數分裂。基因組降倍在遠緣雜交和倍性育種上具有重要應用價值。通過編輯FLIP基因，成功實現了基因定點轉換，創制了目標位點嵌合新基因。研究結果揭示了新合成的異源多倍體基因組演化規律，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。