小麥染色體配對(duì)和減數(shù)分裂重組分子機(jī)制取得重要突破

（2021.2.7 Plant Biotechnology Journal ）

染色體配對(duì)和減數(shù)分裂重組的遺傳學(xué)由于許多作物的異源多倍體性質(zhì)而變得復(fù)雜，這在植物界是一個(gè)普遍的特征。例如，六倍體面包小麥（AABBDD 2n=6x=42）是由三個(gè)二倍體經(jīng)兩個(gè)連續(xù)的種間雜交而產(chǎn)生，有三組相關(guān)的同源染色體。遺傳學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)研究表明，小麥在減數(shù)分裂過(guò)程中存在幾個(gè)配對(duì)的同源（Ph）位點(diǎn)，只有相同亞基因組（AA、BB或DD）的同源染色體配對(duì)和重組，才能保證小麥在減數(shù)分裂過(guò)程中表現(xiàn)為二倍體。控制同源重組的兩個(gè)主要位點(diǎn)分別位于染色體臂5BL和3DS上，分別命名為Ph1和Ph2。相比于Ph1，Ph2的誘發(fā)基因序列尚未確定。明確Ph2的遺傳控制及其作用機(jī)制，將為開(kāi)發(fā)近緣種外源基因?qū)朊姘←湻N質(zhì)資源提供重要的科學(xué)依據(jù)。

近日，Nature Communications在線發(fā)表了一篇題為“Ph2 encodes the mismatch repair protein MSH7-3D that inhibits wheat homoeologous recombination”的文章，該文作者進(jìn)行了Ph2的定位克隆和小麥DNA錯(cuò)配修復(fù)蛋白MSH7-3D作為同源重組關(guān)鍵抑制子的功能驗(yàn)證，解決了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的問(wèn)題。

在本研究中，作者通過(guò)對(duì)已知突變體（ph2a和ph2b）的高通量外顯子組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，以及3DS缺失系系列和獨(dú)立的EMS誘導(dǎo)突變體的細(xì)胞遺傳學(xué)分析，報(bào)導(dǎo)了關(guān)鍵同源染色體配對(duì)抑制基因Ph2的鑒定和功能驗(yàn)證。證明了：（1）Ph2位于3DS上從64.9到79.2Mb的14.3Mb的區(qū)域內(nèi);（2）TaMSH7-3D是唯一一個(gè)位于該區(qū)域的基因，其包含一個(gè)容易影響ph2b蛋白序列的EMS衍生SNP;（3）另一個(gè)TaMSH7-3D突變體在同源和同源重組方面再現(xiàn)了ph2表型;（4）除了偶然發(fā)現(xiàn)的TaMSH7-3D外，能夠排除所有先前提出的Ph2候選基因。

綜上所述，本研究利用最新的遺傳和生物信息資源，通過(guò)鑒定TaMSH7-3D，回答了一個(gè)50年前關(guān)于Ph2誘發(fā)因子的問(wèn)題。這項(xiàng)工作為異源多倍體減數(shù)分裂重組的分子調(diào)控提供了基礎(chǔ)，并為更有效、更靈活地獲取遺傳多樣性開(kāi)辟了道路。