生科院田大成/杨四海研究团队揭示植物体细胞突变的分布规律及组织异质性

生命科学学院田大成/杨四海团队在植物体细胞的研究中取得重要进展，其研究成果《The architecture of intra-organism mutation rate variation in plants》（植物器官内体细胞突变率的详细探讨）在国际重要综合性期刊《Plos Biology》在线发表。田大成、杨四海教授及Bath大学的Laurence教授是该论文的通讯作者，王龙副教授及博士生季逸伦和硕士生胡颖文是该论文的共同第一作者。

体细胞突变在生物体中具有普遍性，其的产生和积累伴随生物体生长发育的各个阶段，且一直被认为是造成生物体衰老以及肿瘤产生的重要原因。因此，对体细胞突变发生发展规律的研究无论是在动物还是植物中都具有非常重要的意义；其次，植物与动物不同，一般认为植物生殖细胞与体细胞早期不分化，那么植物在其生长过程中产生的体细胞突变极有可能大量的被传递到下一代，这与生物保持基因组稳定的需求相违背。第三，植物具有诸多不同的组织（或器官），这些组织细胞在有丝分裂过程中，是否具有相似的突变率？最后，由于植物具有多分支结构，不同分支可以积累不同的体细胞突变，那么这些突变是否与其适应相关？受到早期技术和条件的限制，以上科学问题一直缺乏系统的探讨。

研究团队通过对多种不同植物，包括多年生木本栽培桃（Prunus persica）、光核桃（Prunus mira）、梅树（Prunus mume）、簸箕柳（Salix suchowensis）、多年生草本森林草莓（Fragaria vesca）、一年生草本拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）和二穗短柄草（Brachypodium distachyon）等8个物种进行了系统的分析，精确鉴定了包含叶片、花瓣、根系、匍匐茎等不同组织当中的体细胞突变情况。研究结果显示，位于西藏的古桃树尽管已存活近六百年，平均每年的体细胞突变率却远低于2年的小桃树，表明植物体细胞突变的积累并不随其年龄的增长而快速增加；植物体细胞突变的产生与保留存在显著的分层现象，例如草莓匍匐茎秆中检测到的突变几乎不传递到匍匐茎上长出的植株，该现象说明植物分生组织干细胞存在潜在的分层静置现象，并通过干细胞的分层来调控植物体细胞突变的积累，同时也说明，植物同样存在类似于动物胚胎发育早期生殖系细胞隔离的现象；多年生植物的体细胞突变传递到下一代的比例（50%左右）远高于一年生植物（10%左右），因此体细胞突变对于多年生植物的遗传多样性可能具有更大的贡献；同一植株的不同组织存在不同的突变率，这种差异性调控可能是植物减少适应性代价一种方式，是对高成本修复调控（生殖需求）和个体生长发育需求的平衡，也是植物自身适应性演化的重要策略。

文章发表后，得到包括ScienceDaily、EurekAlert在内的多家学术媒体的积极报道。相关研究结果为明确植物体细胞突变规律奠定了坚实的基础，为探索体细胞突变在生物体内的一般规律、揭示造成癌症和衰老的内在原因提供了更多的线索，也为林木业生产上进行多年生植物无性扩繁、植株改良以及防止植株退化提供了理论的指导。

图1 420年古桃树（西藏光核桃）的体细胞突变情况与继承模式

该研究得到国家自然科学基金项目（No. 91731308, No. 31601041, 和 No. 31671322）、江苏协同创新中心的支持。该研究的顺利实施，也得到南京大学仙林校区作物分子遗传实验站的支持

论文链接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000191

（生命科学学院 科学技术处）