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Nat Commun:华中农大严建兵研究组等初步解析玉米单倍体诱导机制

摘要 : 2017年10月23日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了华中农业大学玉米团队严建兵课题组与中国农业大学金危危课题组合作的题为“Singlenucleus sequencing reveals spermatid chromosome fragmentation as a possiblecause of maize haploid induction”研究论文。

2017年10月23日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了华中农业大学玉米团队严建兵课题组与中国农业大学金危危课题组合作的题为“Singlenucleus sequencing reveals spermatid chromosome fragmentation as a possiblecause of maize haploid induction”研究论文。研究利用单核测序技术,初步解析了玉米单倍体诱导的机制。华中农业大学李响博士和中国农业大学博士生孟德璇为论文共同第一作者,严建兵教授和金危危教授为共同通讯作者。

玉米中存在天然的单倍体诱导系:当诱导系与普通玉米材料杂交之后,后代有一定几率产生仅含有普通玉米材料染色体的单倍体个体。自然界中,有性生殖生物就存在单倍体的个体,比如蜜蜂的雄蜂,单倍体诱导至少也在74个单子叶植物和35个双子叶植物中观察到。剖析单倍体诱导过程对理解染色体行为及遗传稳定与物种进化的关系有重要价值。单倍体诱导也具有巨大的商业育种价值,最近几十年,单倍体育种已经广泛应用于玉米育种中,利用单倍体诱导产生单倍体然后加倍产生纯合的二倍体,可以大大加快育种进程,解析单倍体诱导形成的机制将有利于进一步提高诱导率,助力作物的遗传改良。

尽管玉米单倍体育种取得了较大的进展,但其遗传机制一直没有明晰,存在多种假设。研究团队提出假设:是否花粉中的染色体异常导致了受精后染色体消除从而诱导单倍体产生?金危危团队利用显微观察的方法证明了诱导系花粉减数分裂过程中染色体行为并无异常。严建兵团队则利用单细胞单核测序测序技术发现了诱导系成熟花粉的精核中存在高频的染色体片段化,证明了发生于花粉有丝分裂时期的精子染色体片段化是造成受精后染色体消除及单倍体诱导的直接原因。也就是说,受精后胚中的染色体消除起始于花粉有丝分裂时期。该研究率先开发出玉米花粉单核DNA分离和测序的技术,并应用于玉米单倍体诱导机制的研究,结果为进一步研究单倍体诱导的分子机制提供理论支持。

原文链接:

Single nucleus sequencing reveals spermatid chromosome fragmentation as a possible cause of maize haploid induction

原文摘要:

Production of maternal haploids using a conspecific haploid inducer is routine and highly efficient in maize. However, the underlying mechanism of haploid induction (HI) is unclear. We develop a method to isolate three nuclei from a pollen grain and four microspores from a tetrad for whole-genome sequencing. A high rate of aneuploidy is observed at the three-nucleus stage (6/22 pollens) rather than at the tetrad stage (1/72 microspores) in one HI line CAU5. Frequent aneuploidy is also observed in another two inducer lines, but not in two regular lines, which implies that HI may be associated with pollen aneuploidy. We further sequence the individual embryos and endosperms of 88 maize kernels crossing between regular and inducer lines. Genome-wide elimination of the CAU5-derived chromosome is identified in eight of 81 embryos. Together, these results suggest that continuous chromosome fragmentation occurring post meiosis in the gametophyte may cause haploidy of the embryo.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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