南京大學田大成教授團隊揭示遺傳突變的重要分子機制

發布時間：2015-07-20 16:20 原文鏈接：南京大學田大成教授團隊揭示遺傳突變的重要分子機制

　　南京大學生命科學學院田大成教授所領銜的國際團隊，利用擬南芥、水稻等自花傳粉植物，構建了來自相同遺傳背景的、經歷一次減數分裂的純合體、雜合體（F1）及其分離世代（F2到F4），進而測序檢測遺傳突變的發生。該成果《Parent-progeny sequencing indicates higher mutation rates in heterozygotes》（親子測序顯示雜合體有較高突變率）于2015年7月16日在國際頂級科技期刊《Nature》在線發表，論文的第一單位并且通訊單位都是南京大學，第一通訊作者為南京大學生命科學學院田大成教授。

　　雜合現象是指生物體內來自雙親的兩套同源染色體存在一定差異的現象，這一現象廣泛存在于各種生物，也是雜種優勢形成的主要原因。在減數分裂過程中，雙親染色體間會密切的相互作用，這一時期同時也是可遺傳突變發生的關鍵時期，而在此過程中雙親染色體的差異對突變率究竟有何影響一直是一個未解之謎。

　　田大成課題組借助二代測序技術，以擬南芥和水稻為主要實驗材料，直接對親本和子代進行全基因組測序，篩選出了可信度極高的突變數據。通過比較雜交個體和純合個體產生后代的突變率，發現了雜交個體的后代突變率可以達到純合體的3倍以上。不僅如此，雜交后代中雜合區域的突變率也高于純和區域，雜合度越高的區域發生突變的可能性也越高。研究還發現減數分裂中發生重組的斷點和雜合度與突變率之間也存在著正相關的關系，暗示了重組可能也參與了這一過程。這些證據都說明了雙親染色體之間的差異可能有著潛在的促進突變作用。

a.突變率與重組率呈正相關；b.基因組雜合率越大，突變率越大；c.直接觀測雜合率大的區域產生更多突變；d.基因組差異越大的區域突變越多

　　染色體差異促進突變的現象，表明了生物體的突變速率，與物種的交配方式、個體的染色體差異等有著密切的關系。對這一現象的深入研究，可能會加深對突變的分子基礎、突變引發癌癥等惡性疾病的分子機制、乃至于物種形成和演化過程的理解。

　　另外，該團隊在減數分裂過程中的重組研究也取得重要進展（Genome Biology 2015 16:15: New Phytolosist 2015 206:1491–1502），發現了重組熱點普遍存在于各個物種，但重組冷點只存在于個別物種（水稻）；在某些環境脅迫條件下，重組率較正常材料有顯著的提高；與其他動植物相比，蜜蜂具有非常高的重組率；高重組率區域與工蜂社會性行為相關基因具有高度的相關性等。

　　本研究論文的作者包括南京大學田大成教授（通訊作者）、楊四海教授、博士研究生王龍、博士生黃駒、張小輝博士、袁陽博士、陳建群教授及University of Bath的Laurence D.Hurst教授。該研究得到國家自然科學基金委“微進化過程的多基因作用機制”重大研究計劃重點項目（91331205）、南京大學“985工程”高水平成果培育計劃及原創研究培育基金的資助；該項目遺傳材料的準備與項目的順利實施，得到南京大學仙林校區作物分子遺傳實驗站的支持。