中国农业科学院蔬菜花卉研究所建立了基因组加速演化的研究模型

2022年12月30日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所种质资源团队在《Nucleic Acids Research》杂志上发表了题为“Characterization and acceleration of genome shuffling and ploidy reduction in synthetic allopolyploids by genome sequencing and editing”的论文，该论文在人工合成的萝卜×甘蓝（RRCC）异源四倍体中建立了基因组加速演化的研究模型，揭示了异源多倍体植物基因组早期演化特征，通过基因编辑促进了同祖染色体重组和染色体剔除，首次诱导了能使配子迅速降倍的次级减数分裂。

远缘杂交被广泛的应用于十字花科作物的种质创新和遗传育种。萝卜属和芸薹属作物分别独立进化出对方稀缺的优良性状和抗性基因。但是，属间基因组的重组困难制约了优良基因的穿梭转育，使得远缘杂交育种难以取得实质性突破。为了解决这一问题，研究团队前期创制和引进了大量远缘杂交新种质。该研究首先对一份自交8代以上的萝卜×甘蓝（RRCC）异源四倍体基因组测序，揭示了多倍体基因组的早期演化。发现人工合成的异缘多倍体中基因组的删除速度很快，而基因组重排速度要慢得多。核心基因和高频基因倾向于保留，而特有基因和低频基因倾向于丢失。大片段的染色体删除富集在异染色质区，可能是染色体断裂产生。基因组间的转座主要发生在同源片段之间，并以短片段为主。表明基因转换是远缘杂种基因组间遗传物质转移的主要途径。为加速基因组重排，在萝卜×甘蓝上建立了高效的基因编辑技术。通过编辑FANCM基因，提高了部分同源染色体的重组效率，并首次诱导了能使配子基因组迅速降倍的次级减数分裂。基因组降倍在远缘杂交和倍性育种上具有重要应用价值。通过编辑FLIP基因，成功实现了基因定点转换，创制了目标位点嵌合新基因。研究结果揭示了新合成的异源多倍体基因组演化规律，首次建立了基因组加速重组、高效剔除、快速降倍的研究模型。