Allopolyploidization의 전체 전사체 분석에 따르면

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 426(2023) 이 기사 인용

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합성 6배체 밀(SHW) 계열은 6배체 밀의 D 하위 게놈을 다양화하고 Aegilops tauschii 유전자 풀의 미개척 유전적 다양성을 활용하기 위해 번식 전 생식질로 생성됩니다. 그러나 Ae에서 관찰된 표현형은 다음과 같습니다. tauschii 부모는 하위 게놈 간 상호 작용으로 인해 SHW 계열에서 항상 복구되는 것은 아닙니다. 이러한 배수체화 후 게놈 재프로그래밍 현상을 설명하기 위해 우리는 10개의 조직과 3개의 생물학적 복제물에 걸쳐 4개의 SHW 계통과 그에 상응하는 4배체 및 2배체 부모의 RNA-seq를 수행했습니다. 18,000개 이상의 트라이어드를 사용한 HEB(동종 발현 편향) 분석은 SHW에서 D 하위 게놈의 동종 대립 유전자의 대규모 억제를 시사합니다. 전체 게놈 유전자 세트의 비교 전사체 분석은 이 발견을 더욱 확증했습니다. 신뢰도가 높은 유전자의 대체 스플라이싱 분석은 5개의 스플라이스 이벤트가 모두 식별되고 유지된 인트론이 우세한 추가적인 복잡성 계층을 나타냅니다. 6배체 밀의 재합성 시 동종 발현은 배수체화 시 하위 게놈에 걸친 상위성 상호 작용의 효과를 포착하는 것과 관련되므로 육종에서 이 생식질의 사용 및 처리에 영향을 미칩니다. 유전자 발현에 대한 하위 게놈 간 상호 작용의 정도와 작물 개선을 위한 특성에 미치는 영향을 고려하기 위해 번식 전 활동에서 이 생식질에 특별한 고려 사항이 주어져야 합니다.

전체 게놈 복제 이벤트는 종분화의 주요 동인 중 하나입니다1,2,3. 피자식물의 대부분은 진화 과정에서 배수체화를 겪었고, 특히 작물 종의 30%는 게놈의 중복된 유전자좌의 정도를 기준으로 배수체로 간주됩니다4. 풀 계통은 최소 3번의 전체 게놈 복제 사건을 겪었고5, 기본적으로 전체 벼과(Poaceae) 계통 배수체를 만들었습니다. 전체 게놈 복제 사건은 변화하는 환경에 대한 적응성을 촉진하는 중요한 진화 잠재력과 관련이 있는 것으로 자주 발견됩니다6,7. 안정화를 위해 게놈에서 겪는 초기 동적 변화부터 별개의 집단으로 확립될 때까지 배수체와 관련된 몇 가지 흥미로운 질문이 있습니다8. 배수체화는 게놈 내에 광범위한 중복성을 생성하여 새로운 표현형 및/또는 적응의 발달을 촉진하는 새로운 변화의 길을 열어줍니다9.

빵밀(Triticum aestivum L.)은 A, B 및 D 하위 게놈으로 구성된 동종육배체 작물(2n = 6x = 42)입니다. 약 8000년 전에 재배된 에머 밀(Triticum turgidum L. ssp. dicoccum, 2n = 4x = 28; AABB 게놈)과 타우쉬 염소풀(Aegilops tauschii Coss., 2n = 2x = 14; DD 게놈) 사이에 발생한 자연 우연 교배 , 이어서 염색체 배가로 인해 현대 빵밀이 개발되었습니다10,11. 아마도 제한된 수의 Ae만 있을 것입니다. 타우스키 식물은 6배체 밀의 진화에 기여하여 창시자 효과라고 불리는 진화적 병목 현상을 일으켰습니다. 이배체에서 육배체 종으로의 유전적 변이의 제한된 자연적 흐름과 그에 따른 가축화 및 번식으로 인해 더욱 제한된 병목 현상이 발생했습니다.

작물 종의 야생 친척은 농업적으로 중요한 다양한 특성에 대한 유전적 다양성의 원천입니다. 그러나 연결 끌림, 불임 및 낮은 상호 호환성15을 포함하여 사용에 특정 제한이 있습니다. 사전 육종은 작물 야생 친척의 유전적 다양성을 다시 포착하고 이를 육종 프로그램에 적용하는 것을 목표로 하는 체계적인 접근 방식입니다. 전통적으로, 야생 작물 종의 원하는 게놈 세그먼트는 전경 및 배경 선택을 위한 최첨단 전체 게놈 유전형 분석 도구의 지원을 통해 반복적인 역교배를 통해 엘리트 품종 배경으로 유전자이입됩니다. T. turgidum ssp 사이의 인공 교배로 생성된 SHW. durum (AABB) 또는 기타 아종 및 Ae. tauschii(DD)와 염색체 배가는 6배체 밀의 D 하위 게놈의 유전적 다양성을 넓히는 효과적인 사전 번식 개체군 역할을 합니다. 국제 옥수수 및 밀 개선 센터(멕시코 CIMMYT)16,17에서 개발한 SHW는 여러 국가의 밀 유전적 다양성 강화 프로그램에 광범위하게 활용되었습니다. 나중에 전 세계의 다른 연구 기관과 밀 개량 프로그램에서도 다양한 Ae 공급원을 사용하여 SHW를 생산했습니다. tauschii의 가입은 상업적인 밀 육종을 위한 기본 개체군 역할을 합니다.