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桃子育种研究与杏仁的种间杂交显示出最小的基因组冲击

开心的月饼 2023-12-22 14:17:48 健康养生

种间杂交是植物进化和育种的关键过程,可以导致表型变化和新物种的形成。杂交体中不同基因组的合并通常会引发所谓的“基因组冲击”。这些改变包括基因表达和基因组结构的变化,特别是转座元件(TE)的激活。

桃子育种研究与杏仁的种间杂交显示出最小的基因组冲击

TE活性受表观遗传机制控制,DNA甲基化是与TE沉默相关的最明显和最常见的染色质修饰。同样,一些生物和非生物胁迫可导致DNA甲基化减少,并可激活TE转录和动员。因此,杂交通常会导致TE激活,从而诱导基因组进一步发生变化。

然而,杂交的结果并不总是可预测的,不同物种之间的杂交中不同的转座元件激活就证明了这一点。

桃(Prunuspersica)的遗传多样性水平较低,与杏仁(Prunusdulcis)的种间杂交是桃育种新等位基因的潜在来源。鉴于桃子和杏仁之间密切的遗传关系和基因组同源性,了解两个物种的杂交延伸导致TE激活的原因,从而可能导致“基因组休克”,对于深入了解杂交对植物育种的更广泛影响非常重要和进化。

2022年5月,园艺研究发表了一篇题为“桃子和杏仁间种间杂交伴随的主要表观遗传和转录组变化的缺乏”的研究文章。

为了了解DNA甲基化和基因转录(尤其是TE)的潜在变化,研究人员对桃子、杏仁及其F1杂交种的叶子进行了全基因组亚硫酸氢盐测序。

结果显示不同类别TE的甲基化水平存在差异,但在将杂交体的基因组与两个亲本的基因组进行比较时仅存在微小差异。

尽管存在这些微小差异,杂交体的甲基化谱与杏仁亲本更相似,只有少数例外,例如CHG中的LINE或CHH中的MITE。该研究进一步探索了杂交系和亲本系之间的差异甲基化区域(DMR),重点关注LTR逆转录转座子。在所有情况下,杂种中相对于亲本具有较高甲基化的DMR百分比始终在50%左右,LTR反转录转座子的最大差异为59%。

对成熟叶片的RNA-seq分析发现32个家族中有显着的转录差异:11个LTR逆转录转座子、12个LINE和9个TIR。差异表达主要是由于桃子和杏仁之间的差异造成的,并且杂交品种的表达通常处于中间状态。

最后,他们通过将桃子、杏仁和杂交品种的RNA-seq读数映射到单个基因模型数据集,分析了杂交品种中基因表达的变化。大多数基因(78.3%)在所有三种基因型中都具有相似的转录水平。

一些基因在亲本中的表达量高于另一亲本,杂交体通常表现出中间或类似亲本的表达。值得注意的是,只有一小部分基因在杂交体中表现出较高或较低的表达。

总之,这项研究表明,与“基因组休克”的预期相反,与亲本相比,杂种中的DNA甲基化或转座元件的转录水平没有显着变化。此外,杂交体中基因表达的改变很小。

这些发现表明,基因组合并不会引起重大的监管剧变,突显了在桃子育种中使用这种种间杂交引入新的遗传变异而没有显着的基因组不稳定性的潜力。


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