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玉米B染色體基因組圖譜和功能研究獲進展

發布時間:2021/6/9 16:43:28編輯:Ma Liang
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  一個多世紀前發現,B染色體在較多植物、動物和真菌基因組中存在。B染色體對于個體的生命活動來說不是必需的,但它們仍通過不同的機制存在于種群中。例如,玉米B染色體不與任何A染色體配對,其傳遞不遵循孟德爾遺傳定律,花粉第二次有絲分裂B染色體會發生不分離(nondisjunction),包含B染色體的精核優先與卵細胞受精,使其能夠在群體中傳遞與累積。此前,玉米遺傳學家利用A-B染色體易位系統創制豐富的染色體變異材料,應用于玉米遺傳學、人工染色體、基因劑量效應和著絲粒研究。例如,在玉米中發現失活的B著絲?梢苑定遺傳(Han et al., PNAS, 2006);失活的B著絲粒仍具有不分離的功能,并可以恢復活性(Han et al., Plant Cell, 2007;2009);利用B著絲粒與A染色體易位系探討麥克林托克多年前提出的BFB理論(Birchler and Han, Plant Cell, 2018);利用B著絲粒錯分裂材料研究新著絲粒形成(Zhang et al., Plant Cell, 2013;Liu et al., PNAS 2015)。B染色體為植物染色體生物學的發展做出重要貢獻,而關于玉米B染色體的起源、進化及其在群體中積累的分子機制等關鍵問題尚不清楚。
  美國密蘇里大學教授James A. Birchler研究組、捷克科學院實驗植物研究所研究組及中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員韓方普研究組合作,共同完成玉米B染色體的基因組圖譜,解析了玉米B染色體的起源、進化及不分離的機制。研究團隊利用染色體分選、Illumina測序、Bionano光學圖譜、Hi-C等方法相結合組裝出328個B染色體特異的scaffolds,總長度125.9 Mb。研究利用B-A染色體易位、B著絲粒錯分裂和B染色體斷裂等特殊材料,構建染色體水平的分子圖譜,注釋出758個蛋白質編碼基因,其中至少有88個基因表達。B染色體蛋白編碼基因的同源物廣泛散布在玉米10條A染色體上,但A染色體沒有檢測到B染色體共線性的基因區域,推測當前B染色體的基因是長期進化過程由A染色體連續轉移,隨后發生部分降解的結果,這些保留下來的基因代表經過選擇參與B染色體的功能維持,如與“著絲粒區域”“紡錘絲微管”“胞質分裂的調節”“組蛋白絲氨酸磷酸化”“染色體分離”等相關。進一步通過轉座元件的分析發現玉米B染色體60%的序列由轉座元件組成,其類型和A染色體基本相同。B染色體基因和轉座元件的含量以及對轉座蛋白編碼基因的選擇分析表明,B染色體在進化世代中已存在數百萬年。
  B染色體鑒定到574-kb的功能著絲粒序列,除了與A著絲粒共享CentC和CRM類型的重復序列外,還包含B著絲粒特異的串聯重復序列B-repeat。著絲粒結構分析表明,B著絲粒CENH3核小體的結構和功能與A著絲粒類似。高質量的B染色體序列圖譜和遺傳分析揭示,B染色體不分離相關的順式因子散布在著絲粒及其周圍B染色體特異的重復序列上。通過B-3Sb缺失mapping,鑒定到B染色體末端34個蛋白編碼基因可能作為反式作用元件參與不分離過程。B染色體轉座重復基因可能進化出許多新功能,以維持種群中這種非必須染色體的存在。玉米B染色體精細圖譜為進一步深入研究B染色體的特性提供了參考信息。
  6月5日,相關研究成果在線發表在PNAS(DOI:10.1073/pnas.2104254118)上。James A. Birchler、、韓方普為論文的共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金重點國際合作研究項目的支持。
 
玉米B染色體基因組圖譜和功能研究獲進展
 

微信號:ayiwangapp17

(來源: 中國科學院科技產業網 )

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