华北理工大学揭示多倍体作物耐寒基因调控网络增强特性

记者2月24日从华北理工大学获悉，《园艺植物研究》近日在线发表该校王希胤教授课题组题为“十字花科及其它植物多倍化后基因保留差异增强植物冷调控能力”的研究论文，揭示了多倍体作物耐寒基因调控网络增强特性。

王希胤介绍，低温严重影响着植物的生长发育，是制约植物地理分布和进化的关键因素。经过长期的进化，植物已经进化出多样性的适应机制来应对低温环境。研究表明，多倍体植物比其二倍体祖先对极端环境的适应性更好。在北极地区，多倍体的出现频率达到峰值，其中73％的植物是多倍体。多倍化使基因组内的基因发生复制，为物种进化提供了丰富的遗传材料。当然在全基因组加倍后，也会发生染色体重排和大量基因丢失。自然界中，甘蓝型油菜就是典型的多倍体植物，是研究植物多倍化的理想材料。

课题组选取了甘蓝型油菜等21个代表性物种，通过系统的比较分析，发现植物多倍化后，耐寒基因得到了明显的优先保留特性。同时，发现在多倍体植物中的耐寒基因调控网络得到明显加强，对多倍体植物耐寒性的提升具有重要的作用。例如，受多倍化影响的十字花科植物基因组中，与低温有关的调控网络相对于亲本植物，重要节点有更多的重复基因存在，鲁棒性更强。结合冷诱导染色体加倍的情况，课题组推测冷胁迫可能通过多倍化的发生，以及选择性保留耐寒基因来促进多倍体植物的成功进化。

该研究有助于了解多倍体产生的机理和拓展生态基因组学研究。研究结果对作物多倍体适应性进化和抗逆遗传育种具有重要的指导意义和应用价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41438-020-0253-0