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Nature子刊:华中农业大学发表测序新成果

摘要 : 来自华中农业大学、明尼苏达大学的研究人员开发出一种简单的方法从玉米四分体(tetrad)分离出4个小孢子,并对单个小孢子进行了全基因组测序,在单细胞水平上剖析了减数分裂重组。这一重要的研究成果发表在3月24日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

 来自华中农业大学、明尼苏达大学的研究人员开发出一种简单的方法从玉米四分体(tetrad)分离出4个小孢子,并对单个小孢子进行了全基因组测序,在单细胞水平上剖析了减数分裂重组。这一重要的研究成果发表在3月24日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

论文的通讯作者是华中农业大学的严建兵(Jianbing Yan)教授。严教授目前主要从事玉米复杂数量性状的遗传解析以及玉米基因组学和分子育种研究。在主流期刊如Nature Genetics,Science等发表论文60余篇。

减数分裂是真核生物有性生殖所必需的一个生命过程,减数分裂重组(Meiotic recombination)则是指发生在减数分裂过程中的所有交换事件,包括同源重组、位点特异性重组、转座和异常重组。其实质是DNA之间发生的遗传物质交换。减数分裂重组不仅驱动了真核生物的有性生殖还增加了后代基因组的多样性。

下一代测序以及单细胞全基因组扩增技术的出现,使得在配子水平研究重组以及以核苷酸分辨率显像单次减数分裂事件成为可能。在人类中,采用单细胞下一代测序研究精子、卵子和极体为在超高分辨率水平上直接剖析减数分裂重组提供了一个有效的方法。然而,在植物中因为细胞壁阻碍了核内容物的分离和裂解,进行单细胞测序仍然是一个挑战。作为一种细胞遗传学和基因模型,玉米已被成功地用于剖析重组变异。

在这篇文章中作者们描述称他们开发出了一种简单的方法可从玉米四分体中分离出4个小孢子,并对单个小孢子进行了全基因组测序,在单细胞水平上研究了植物中的重组。在24个四分体基础上利用599,154个单核苷酸多态性(SNPs)构建出了一个高分辨率重组图谱。结果揭示,交叉重组(crossover, CO)不均匀地分布于整个基因组,更有可能发生于基因区域而非基因间隔区,尤其在注释基因的5′-和3′-末端区域常见。直接检测基因交换(gene conversions,GC)表明有可能发生在大多数的交叉重组区域。研究人员还在群体水平上观察到负重组位点干扰(negative crossover interference)。此外,他们也是第一次在玉米中观察到了复杂的染色单体干扰,表明遗传背景有可能影响了基因组选择和进化。

这些研究结果为更深入的了解减数分裂重组由此提高植物育种提供了有用的信息。

原文链接:Dissecting meiotic recombination based on tetrad analysis by single-microspore sequencing in maize

Meiotic recombination drives eukaryotic sexual reproduction and the generation of genome diversity. Tetrad analysis, which examines the four chromatids resulting from a single meiosis, is an ideal method to study the mechanisms of homologous recombination. Here we develop a method to isolate the four microspores from a single tetrad in maize for the purpose of whole-genome sequencing. A high-resolution recombination map reveals that crossovers are unevenly distributed across the genome and are more likely to occur in the genic than intergenic regions, especially common in the 5′- and 3′-end regions of annotated genes. The direct detection of genomic exchanges suggests that conversions likely occur in most crossover tracts. Negative crossover interference and weak chromatid interference are observed at the population level. Overall, our findings further our understanding of meiotic recombination with implications for both basic and applied research.

来源: Nature Communications 浏览次数:55

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