浙江
2026年8月6日，《自然》杂志在线发表了福建农林大学明瑞光团队的研究论文“Uncovering the mechanism of female restitution in sugarcane hybrids”。该团队利用栽培种和野生种甘蔗的高质量基因组，结合八个杂交后代的测序数据，阐明了甘蔗种间杂交中母本整套染色体完整传递的百年之谜。一百多年来，甘蔗育种家发现栽培种与野生种杂交时，后代总能完整继承母本的全部80条染色体和父本的一套单倍体染色体。减数分裂本该将亲本遗传物质减半，可甘蔗雌配子却打破了这条规则。学界先后提出过第一次分裂失败、胚囊内再复制、受精后加倍以及四分孢子融合等至少九种假说，但没有一种得到直接证实。研究团队完成了母本LA Purple的无缺口基因组组装，拿到了80条染色体，父本US56-14-4也组装出7.23Gb的单倍型分辨染色体水平基因组。他们用trio-binning方法把F₁后代的测序读段精确分成了母本来源和父本来源的两套数据，分别组装后成功避开了亲本序列高度相似造成的嵌合错误。
在F₁杂交种10-9208中，母本来源的组装包含79条染色体，其中第6A号染色体读取深度是别的染色体的两倍，这样母本贡献的总数正好达到80条。父本来源则是39条染色体。通过比较子代和亲本的共线性关系以及单核苷酸多态性分布，研究团队发现母本传递的80条染色体其实是40对姐妹染色单体。每一对里边有一条是重组的子染色体，另外一条和母本原来的染色体一模一样。这个结构让母本等位基因多样性只保留了62.5%左右，比正常单倍体配子的50%要高一些，但远远低于体细胞2n配子的100%。父本配子保留了大约50%的等位基因多样性，和正常减数分裂产生的单倍体配子完全吻合。第一次分裂恢复路径应该保留87.5%左右的多样性，受精后加倍路径应该产生100%母本多样性的子代染色体，这些结果把这两种假说都排除了。
研究团队还开发了一个叫KLASSIFY的新算法来鉴定重组断点。第一类断点只有重组型读段支持，代表正常减数分裂里的同源染色体交换。第二类断点同时有重组型和非重组型读段支持，这正是第二次分裂恢复的关键分子证据。在母本来源的染色体上，两类断点成对出现，父本来源的染色体上只有第一类断点。他们手动验证了67对重组区间，长度从50个碱基到947个碱基不等，平均243个碱基。这些交换区间明显富集了三种已知的植物减数分裂重组热点DNA基序，也就是[CNG]n、[CCG]n和[CCT]n。另外六个F₁个体的测序结果也证实，母本配子传递了66.6%到72.4%的母本基因组，父本配子只传递了53.1%到57.4%，差异非常显著，说明第二次分裂恢复在甘蔗雌性恢复系里是普遍存在的。
研究团队提出把甘蔗雌性恢复系重新定义为“n×2+n”传递模式，用n×2替代传统的2n，这样更能准确反映第二次分裂恢复产生的配子其实只保留了62.5%的母本等位基因多样性。第一次分裂恢复的配子保留87.5%，完全未减数的2n配子保留100%，这三种情况在遗传实质上有明显区别。甘蔗提供了全球大约85%的食糖和22%的生物乙醇，它的杂交育种中雌性恢复系机制困扰了学界一百多年。研究团队利用单分子长读长测序和多倍体适用的新算法，从全基因组层面直接追踪了亲本染色体的传递和重组事件。这项研究不仅解决了细胞学上的老争议，也为甘蔗的遗传改良和种间杂种优势利用提供了新的方向。
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