nature

当前位置: Nature » 遗传发育学 » 正文

Nature:南京大学田大成教授团队揭示遗传突变的重要分子机制

摘要 : 南京大学生命科学学院田大成教授所领衔的国际团队,利用拟南芥、水稻等自花传粉植物,构建了来自相同遗传背景的、经历一次减数分裂的纯合体、杂合体(F1)及其分离世代(F2到F4),进而测序检测遗传突变的发生。

 南京大学生命科学学院田大成教授所领衔的国际团队,利用拟南芥、水稻等自花传粉植物,构建了来自相同遗传背景的、经历一次减数分裂的纯合体、杂合体(F1)及其分离世代(F2到F4),进而测序检测遗传突变的发生。该成果《Parent-progeny sequencing indicates higher mutation rates in heterozygotes》(亲子测序显示杂合体有较高突变率)于2015年7月16日在国际顶级科技期刊《Nature》在线发表,论文的第一单位并且通讯单位都是南京大学,第一通讯作者为南京大学生命科学学院田大成教授。本研究论文的作者包括南京大学田大成教授(通讯作者)、杨四海教授、博士研究生王龙、博士生黄驹、张小辉博士、袁阳博士、陈建群教授及University of Bath的Laurence D.Hurst教授。该研究得到国家自然科学基金委“微进化过程的多基因作用机制”重大研究计划重点项目(91331205)、南京大学“985工程”高水平成果培育计划及原创研究培育基金的资助;该项目遗传材料的准备与项目的顺利实施,得到南京大学仙林校区作物分子遗传实验站的支持。

杂合现象是指生物体内来自双亲的两套同源染色体存在一定差异的现象,这一现象广泛存在于各种生物,也是杂种优势形成的主要原因。在减数分裂过程中,双亲染色体间会密切的相互作用,这一时期同时也是可遗传突变发生的关键时期,而在此过程中双亲染色体的差异对突变率究竟有何影响一直是一个未解之谜。

田大成课题组借助二代测序技术,以拟南芥和水稻为主要实验材料,直接对亲本和子代进行全基因组测序,筛选出了可信度极高的突变数据。通过比较杂交个体和纯合个体产生后代的突变率,发现了杂交个体的后代突变率可以达到纯合体的3倍以上。不仅如此,杂交后代中杂合区域的突变率也高于纯和区域,杂合度越高的区域发生突变的可能性也越高。研究还发现减数分裂中发生重组的断点和杂合度与突变率之间也存在着正相关的关系,暗示了重组可能也参与了这一过程。这些证据都说明了双亲染色体之间的差异可能有着潜在的促进突变作用。

a.突变率与重组率呈正相关;b.基因组杂合率越大,突变率越大;c.直接观测杂合率大的区域产生更多突变;d.基因组差异越大的区域突变越多

染色体差异促进突变的现象,表明了生物体的突变速率,与物种的交配方式、个体的染色体差异等有着密切的关系。对这一现象的深入研究,可能会加深对突变的分子基础、突变引发癌症等恶性疾病的分子机制、乃至于物种形成和演化过程的理解。

另外,该团队在减数分裂过程中的重组研究也取得重要进展(Genome Biology 2015 16:15: New Phytolosist 2015 206:1491–1502),发现了重组热点普遍存在于各个物种,但重组冷点只存在于个别物种(水稻);在某些环境胁迫条件下,重组率较正常材料有显著的提高;与其他动植物相比,蜜蜂具有非常高的重组率;高重组率区域与工蜂社会性行为相关基因具有高度的相关性等。

原文链接:

Parent–progeny sequencing indicates higher mutation rates in heterozygotes

原文摘要:

Mutation rates vary within genomes, but the causes of this remain unclear. As many prior inferences rely on methods that assume an absence of selection, potentially leading to artefactual results, we call mutation events directly using a parent–offspring sequencing strategy focusing onArabidopsis and using rice and honey bee for replication. Here we show that mutation rates are higher in heterozygotes and in proximity to crossover events. A correlation between recombination rate and intraspecific diversity is in part owing to a higher mutation rate in domains of high recombination/diversity. Implicating diversity per se as a cause, we find an ~3.5-fold higher mutation rate in heterozygotes than in homozygotes, with mutations occurring in closer proximity to heterozygous sites than expected by chance. In a genome that is a patchwork of heterozygous and homozygous domains, mutations occur disproportionately more often in the heterozygous domains. If segregating mutations predispose to a higher local mutation rate, clusters of genes dominantly under purifying selection (more commonly homozygous) and under balancing selection (more commonly heterozygous), might have low and high mutation rates, respectively. Our results are consistent with this, there being a ten times higher mutation rate in pathogen resistance genes, expected to be under positive or balancing selection. Consequently, we do not necessarily need to evoke extremely weak selection on the mutation rate to explain why mutational hot and cold spots might correspond to regions under positive/balancing and purifying selection, respectively.

来源: Nature 浏览次数:0

热门文章TOP

RSS订阅 - 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容: - 网站地图
网站联系电话:020-87540820 备案号:粤ICP备11050685号-8 增值电信业务经营许可证:粤B2-20120479
©2011-2015 生物帮 All rights reserved.