国家自然科学基金委网站报道我校田大成团队在遗传突变的分子机制研究上取得重要进展

        国家自然科学基金委网站近日报道了我校田大成团队在遗传突变的分子机制研究上取得的重要进展。原文如下:(http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab38/info48729.htm)

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  7月16日,Nature在线发表了南京大学田大成团队的研究成果—“Parent-progeny sequencing indicates higher mutation rates in heterozygotes”。该研究利用拟南芥、水稻等自花传粉植物,构建了来自相同遗传背景的、经历一次减数分裂的纯合体、杂合体(F1)及其分离世代(F2到F4),测序检测了遗传突变的发生,发现突变率与同源染色体间的异质性密切相关,异质促进突变,这一结果丰富了人们对遗传突变发生分子机制的认识。

  减数分裂过程中产生的遗传突变,是生物多样性产生的变异源头,也是生物适应性演化的内在驱动力。目前,对突变率的估计主要是基于经历多个世代的DNA序列的分析。由于有害突变的普遍性,这种序列或多或少都要受到自然选择的影响。因此,对一次减数分裂产物的测序,直接测定其突变的数量、分布及其影响因素,可望从源头上回答“生物的遗传变异究竟是如何产生的”这一基本的生命科学问题。

  田大成研究团队的基因组序列分析表明:突变率与同源染色体间的异质性密切相关(见图)。植物的杂合体比纯合体突变率高3-4倍;染色体间的杂合区间比纯合区间的突变率高;随着F1、F2、F3代和亲本植株的杂合度由100%减少到0,突变数量也随之递减;越接近亲本染色体间的异质位点、越接近DNA的断裂位点,突变的数量越多;用来自同一个F1植株的F2代个体,检测到异质、重组与突变之间显著的正相关,暗示异质性可促进DNA断裂,进而促进重组与突变;遗传差异度高的基因家族突变率也更高(5-10倍),显示受正选择基因家族所具有的较大差异度,其本身具有促进突变的作用。因此这些家族受到的正选择强度,并非如同通常假设的那么强;突变率的数量级在不同物种中相对一致。

  异质促进突变的现象可对一些重要科学问题提供另一种解释。比如:近年来观察到突变热点的普遍存在,也许一定程度上和同源染色体间的异质性相关;多样性高的基因家族突变率较高,而多样性低的则较低。这种现象暗示遗传变异与自然选择,不完全是一种先后的关系。突变率的变化与自然选择是一致的,暗示突变率的变化提高了自然选择的效率。突变率本身也是自然选择的结果;个体的异质性一般与群体的多样性相关,暗示物种间的交配与繁殖方式、群体的多样性等,与这些物种本身的遗传变异与演化速率相关;异质促进突变,丰富了对突变发生分子机制的认识。

  这项工作得到了国家自然科学基金重大研究计划“微进化过程的多基因作用机制”重点支持项目(91331205)及培育项目(91231102)等资助。