Полиплоидия, или дупликация всего генома (WGD), является основным механизмом эволюции генома в живом мире и особенно распространена у растений, где она способствует эволюции новых признаков.
Несмотря на определённые преимущества, молодые полиплоидные растения сталкиваются с проблемами на разных уровнях — от молекулярного и клеточного до экологического — из-за наличия дополнительного набора хромосом. В результате многие полиплоидные растения подвергаются диплоидизации — процессу, который помогает преодолеть эти проблемы и стимулирует инновации в транскрипционных, физиологических и морфологических признаках.
Многие так называемые «диплоидные» растения на самом деле являются «палеополиплоидами» — они пережили несколько раундов древних дупликаций генома с последующей диплоидизацией. Этот эволюционный цикл, широко распространённый у растений, известен как цикл полиплоидии – диплоидизации.
Хотя этот цикл является обычным, темпы и механизмы диплоидизации до конца не изучены, в основном из-за трудностей в различении эволюции de novo (новые изменения после полиплоидии) и генетической вариативности, унаследованной от родительских видов.
Однако исследовательская группа под руководством профессора Гэ Сун из Института ботаники Китайской академии наук в сотрудничестве с партнёрами изучила процесс диплоидизации у дикого риса аллотетраплоида Oryza minuta, используя популяционно-геномный подход. Их выводы показывают, что темпы диплоидизации в пределах одного полиплоидного вида могут быть как эпизодическими, так и постепенными. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи создали сборки геномов хромосомного масштаба для трёх видов дикого риса. Благодаря обширному популяционному отбору они успешно разделили унаследованную вариативность от эволюции после полиплоидии, раскрыв детализированную картину диплоидизации: тогда как фракционирование генов (потеря дублированных генов) произошло в раннем периоде, накопление транспозируемых элементов (TEs) и гомологичных обменов происходило постепенно.
Модели смещения экспрессии гомологов — предпочтительная экспрессия одной копии дублированных генов по сравнению с другой — были сильно вариабельными в разных тканях, без последовательного смещения подгенома. Исследователи также оценили роль метилирования ДНК, распределения TE и родительского наследия в формировании моделей экспрессии, подчеркнув сложность регуляции транскрипции.
Показывая, что диплоидизация в одном полиплоидном виде может быть как эпизодической, так и постепенной, в зависимости от типа мутации, исследование подчёркивает, что «диплоидизация» — это гетерогенный геномный процесс.
Результаты не только углубляют наше понимание эволюции генома растений, но и демонстрируют возможности популяционной геномики для выявления динамики и механизмов, управляющих эволюцией полиплоидов.
Предоставлено:
Chinese Academy of Sciences