研究揭示了主要作物基因组进化的区别

在500万到1300万年前的某个时间，玉米和大豆都经历了基因组重复，但普渡大学的科学家认为它们的发生方式完全不同。

植物学和植物病理学系副教授Damon Lisch和农学系教授马建新研究了这些主要作物植物基因组的进化。他们希望了解基因组复制的方式 - 创建多个基因拷贝- 以及这些基因组如何随时间变化。

在玉米中，Lisch和Ma认为重复发生在两种具有相似基因组的草丛交叉时，如远亲。来自一种植物的基因组是显性的，并且随着时间的推移，基因丢失的冗余拷贝的比率远低于另一种植物。

“你不需要两份副本，”Lisch说。“当全基因组重复由相关物种之间的杂交产生时，有许多冗余基因丢失差异的例子。”

Lisch和Ma的研究结果发表在“植物细胞”杂志上，表明这些差异源于两个基因组中转座子数量和分布的差异。

转座子，或所谓的“跳跃基因”，在DNA周围移动并威胁改变或破坏其他基因。植物通过关闭它们的活动来防御这些转座子，有时降低它们周围基因的表达水平。Lisch和Ma说，玉米中丢失的基因倾向于来自同一亚基因组，并且在基因旁边的转座子和这些基因的表达水平上都表现出差异。

“如果你是一个基因并且你已经关闭了一个转座子，那么也可以关闭基因，”Lisch说。“拒绝转座子有一个好处，但也有成本。来自玉米的数据表明，组合形成玉米基因组的两个基因组之一正在付出更多的代价。因此，这个基因组中的基因表达了在较低的水平，随着时间的推移更容易丢失。“

然而，大豆以大约相同的速率从两个基因组中丢失了基因。

“这表明当两个基因组合在一起形成大豆基因组时，它们基本相同，”Lisch说。

作者的研究结果表明，大豆的基因组重复不是来自远亲的交叉，而是来自植物自身的基因组自发倍增。

了解转座子对基因组进化的作用可以帮助科学家了解植物如何在这些基因组中做出妥协。

“这提供了关于重复的基因组如何变化以及这些变化如何影响植物表型的见解，正如我们今天观察到的那样，”马说。“当我们分析农艺重要性的特征时，这可能会促进基因网络的发现。”