近日，小麥團隊蘇漢東教授課題組在《Molecular Biology and Evolution》雜志發表了“Centromere plasticity with evolutionary conservation and divergence uncovered by wheat 10+ genomes”的研究論文。該研究通過全球小麥育種計劃10+基因組材料的公共數據揭示了小麥着絲粒進化多樣性和功能保守性的協調機制，為着絲粒功能的可塑性提供新見解。
着絲粒是維持基因組穩定的關鍵染色體區域，富含高度相似的重複序列，同時也是基因組結構最複雜、變化最劇烈的區域，在進化過程中産生複雜的遺傳多樣性。在大多數真核生物中，快速變異的着絲粒序列可以促進核型進化和新物種形成。盡管着絲粒存在高度異質性，但尚不完全了解這些廣泛變異的序列是如何确保着絲粒功能的穩健。小麥是典型的異源六倍體作物，包含3套高度相似又存在差異的亞基因組，着絲粒對多倍體基因組的穩定尤為關鍵。
該研究以來自全球小麥育種計劃的10+品系群體為對象，系統解析了每個材料着絲粒的定位和序列組成。研究人員捕獲到小麥着絲粒重複序列、位置等存在大量變異，發現不同材料着絲粒存在廣泛的重定位現象。在不同材料中均發現與着絲粒重要表觀标記CENH3核小體緊密結合的重複序列是逆轉錄轉座子Cereba，并且系統發育結果表明在不同小麥品系中Cereba轉座子序列表現出較為一緻的同質性，但結合程度較低的重複序列在每個小麥品系中表現出獨特性，這意味着存在特定機制選擇某些重複序列類型作為功能核心着絲粒的組成。此外，研究人員還觀察到CENH3核小體在複雜的着絲粒重複序列（包括重新定位的着絲粒）上顯示出較松散的DNA末端包裹，不同品系中嚴格的CENH3核小體占位和内在DNA序列特征在确定着絲粒功能方面發揮關鍵作用。這些結果表明，多種機制參與小麥10+基因組材料CENH3核小體的适應并穩定着絲粒功能。最終，研究人員提出在不同的基因組背景下着絲粒染色質具有明顯的表觀遺傳可塑性，并且由于過去的育種選擇，着絲粒的高穩健性對于維持小麥基因組穩定性至關重要。
圖1. 小麥10+基因組材料着絲粒序列組成的均質化和異質性
我院碩士研究生馬桓和丁文濤為論文共同第一作者，小麥團隊鄢文豪教授、茆海亮教授、蘭彩霞教授、李強教授和陳偉教授對該研究進行了指導和建議。該研究得到國家重點研發計劃（2021YFF1000800）、國家自然科學基金（32170571）等項目資助。
蘇漢東課題組主要聚焦于小麥染色體生物學和合成基因組學的研究，探索小麥遠緣雜交和多倍化的遺傳機制，并利用人工染色體進行植物合成基因組學的探索。已在PNAS、Plant Cell、Genome Research、PLOS Biology、Molecular Biology and Evolution、Plant Biotechnology J、New Phytologist、Plant Journal、PLOS Genetics等領域内知名學術期刊發表研究論文20多篇。實驗室目前計劃招收一名生物信息學方向的博士後，歡迎對小麥染色體生物學和植物合成基因組學感興趣的優秀科研青年申請！
原文鍊接：https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msad176/7237417
通訊員：蘇漢東
審核人：鄢文豪
