新方法追踪杂交动植物的祖先

如果您曾经经营过花园，您可能对杂交品种很熟悉，从抗病西红柿到观星百合。

杂交种——在农业和自然界中都很常见——具有来自两个或多个亲本物种的染色体。在某些情况下，包括草莓、金鱼和其他几种物种，这些不同的亲本染色体会加倍，这种情况称为异源多倍体。

在“异源多倍体亚基因组进化的转座子特征”中， 宾厄姆顿大学生物科学助理教授 Adam Session 和加州大学伯克利分校遗传学、进化与发展教授 Daniel S. Rokhsar最近发表在《自然通讯》 杂志上的一篇文章, 概述了一种将这些基因组追溯到息肉杂种的亲本物种的方法。

与以前使用与相关非杂交物种比较来破译息肉类祖先的方法不同，作者的方法允许他们通过观察杂交种本身的基因组模式来发现不同的祖先。

“每个祖先基因组都带有一组独特的重复元素，”Session 解释说。“因此，如果我们在息肉体中发现携带不同重复元素的染色体组，这就证明了杂交祖先，并使我们能够弄清楚哪些染色体是从各种祖先物种中一起遗传下来的。”

在这篇文章中，他们将该方法应用于一些经过充分研究的多倍体杂交案例，例如烟草、棉花和鲤科鱼类，如金鱼和鲤鱼。他们还用它来梳理其他有争议的杂交种的祖先，包括假亚麻和草莓。

“在许多情况下，现存多倍体的祖先是未知的。使用我们的方法，我们可以通过研究多倍体基因组本身来找出不同染色体的祖先起源，并将染色体分成来自其不同祖先的集合或“亚基因组”，”他说。“除了识别亚基因组，我们还可以告诉你它们组合在一起的顺序。”

Session 解释说，多倍体化——在杂交种中进行基因组复制以稳定其祖先——在植物中比在动物中更为常见，因为植物可以更好地耐受其基因组的多个拷贝，Session 解释说。多倍体化过程更多地涉及动物物种，尽管它确实发生在一些鱼类和两栖动物中。就金鱼而言，作者首次证明它们与普通鲤鱼具有相同的重复基因序列​​，因此具有共同的杂交祖先。

多倍体在哺乳动物中是未知的，尽管杂交仍然是可能的。以骡子为例，它是马和驴的杂交种：雄性骡子实际上是不育的，尽管雌性骡子可以与任一亲本物种交配。但如果没有基因组复制，独特的杂交类型就无法稳定繁殖。

棉花等四倍体的每条染色体有四个拷贝，两个祖先各有两个，而六倍体(例如亚麻)有六个染色体来自三个亲本物种。每条染色体有八个拷贝，像草莓这样的八倍体最终有四个祖先物种。

多倍体具有复杂的生物学特性，仍在破译中，弄清其基因组的亚基因组结构是向前迈出的一步。数百万年来，每个亲本物种贡献的基因在它们新的多倍体环境中进化。一些冗余基因丢失或失活;其他人可以开发新功能或与其他子基因组中的对应物进行新颖的交互。这项新工作认为，在像草莓这样的高等多倍体中，将亲本物种添加到新出现的多倍体混合物中的顺序会对这些进化过程的发生方式产生深远影响。作者说，找出这些复制对进化多倍体的影响是一项持续的挑战。

“从整体上了解多倍体基因组进化对于更广泛的植物生物学领域很重要，”Session 说。“许多重要的作物，如玉米和新兴的生物燃料作物，如芒草和柳枝稷，都受到这一过程的影响，我们希望利用它们的基因组灵活性来培育新的和改良的品种。”