广东
远缘杂交和异源多倍化是物种形成、遗传多样性拓展及作物农艺性状改良的重要方式。中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究员团队长期致力于该领域研究，前期通过远缘杂交成功创制了一系列四倍体和六倍体合成小麦材料，系统揭示了异源多倍体小麦早期世代中rDNA (Guo and Han, Plant Cell, 2014；Huang et al., Plant J., 2023)与着丝粒(Su et al., Plant Cell, 2019；Yi et al., Sci. China Life Sci., 2024; Huang et al., J. Genet. Genomics, 2024)等关键染色体结构的演化规律，为理解异源多倍体基因组的稳定提供了重要线索。
2025年9月9日，Genome Biology在线发表该研究组题为Distinct evolutionary trajectories of subgenomic centromeres in polyploid wheat的研究论文。该研究系统解析了普通小麦(Triticum aestivum)及其祖先种着丝粒的演化路径，揭示了不同亚基因组着丝粒在多倍化过程中的分化适应机制，为理解多倍体基因组稳定性和小麦种质创新提供了重要理论依据。
着丝粒是染色体分离和基因组稳定性维持的关键区域，但在多倍体这类基因组结构复杂的物种中，其演化动态仍不明确。异源多倍体小麦因其清晰的倍性关系和相对较近的多倍化演化历史，成为研究着丝粒演化的理想体系。本研究基于最新发布的完整参考基因组，对普通小麦及其祖先种的着丝粒进行了系统比较分析。结果表明，小麦着丝粒主要由五类着丝粒特异性反转录转座子(CRW)构成，其中CRW1和CRW2为主要类型。研究发现，ABD三个亚基因组的着丝粒在CRW拷贝数、插入时间和组成结构方面呈现明显分化，揭示出不同的演化路径。通过整合不同倍性小麦的CENH3-ChIP数据，研究团队揭示AA亚基因组着丝粒的演化主要由一系列CRW插入事件驱动；而DD亚基因组着丝粒则经历了从二倍体状态向六倍体扩展的适应性演变，以应对基因组环境的扩大。进一步结合一粒小麦(T. monococcum)和粗山羊草(Aegilops tauschii)泛基因组的着丝粒完整组装结果，研究明确了各亚基因组特异的着丝粒演化轨迹。通过分析S2–S3代人工合成六倍体及自然二倍体/六倍体材料，研究证实DD亚基因组着丝粒的扩张是一个渐进式进化过程，而非多倍化发生后的即时响应。该研究不仅揭示了多倍体小麦着丝粒的适应与演化机制，还阐明反转录转座子如何驱动着丝粒结构演化(图)。
多倍体小麦中亚基因组着丝粒的独特演化模式图
A：在AA亚基因组中，一系列CRW插入事件驱使部分古老CRW重新定位至近着丝粒区域，同时年轻的CRW插入至功能性着丝粒区域。这一动态过程推动CRW簇持续发生结构变化，从而塑造了AA亚基因组功能着丝粒的演化特征。B：在DD亚基因组中，CENH3核小体发生扩张延并伸至近着丝粒区域，表明其对基因组增大的适应性响应。
韩方普研究组已毕业博士生黄宇虹、刘阳副研究员与刘畅博士为论文共同第一作者，中国农业大学的赖锦盛教授和中国科学院遗传发育所的凌宏清研究员提供小麦测序数据，韩方普研究员和华中农业大学苏汉东教授为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。
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