北京
IT时代网8月8日消息，据新华社报道，福建农林大学海峡联合研究院基因组学研究中心、国家甘蔗工程技术研究中心明瑞光教授团队8月5日在《自然》发表最新研究成果。这项工作首次从基因组、染色体与DNA分子多个层面，把困扰国际甘蔗育种界一百多年的「母本恢复」细胞遗传学难题解开了。
眼下大面积种植的现代甘蔗品种，多数来自一场种间杂交：母本是高糖、高生物量的热带种甘蔗，父本是抗逆性强、适应性广的野生割手密。这套育种体系能成，关键在一个叫「母本恢复」的特殊遗传现象——母本产生的生殖细胞，染色体数目没有按常规减半，而是以加倍形式（2n）传给后代；父本这边则老老实实提供正常减数分裂形成的半套染色体（n）。结果就是后代身上母本与父本的基因组贡献比例约为2比1。
母本多给一份，好处很直接：后代既最大程度留住了热带种甘蔗的高糖性状，又把野生种的抗逆基因整合了进来。20世纪初育种家就注意到这个现象，可它究竟怎么发生的，一直没人说得清。
研究团队先用长读长测序和单倍型分辨率基因组测序技术，拿到了八倍体热带种甘蔗LA Purple和十倍体野生割手密US56-14-4的单倍型分辨率基因组，相当于给每一条染色体建了份身份档案。接着对两者产生的8个F₁杂交后代做系统分析，所有后代都稳定呈现约2比1的母本与父本基因组比例。
谜底落在「第二次分裂恢复」上。母本配子的形成先经历正常的第一次减数分裂，同源染色体完成配对、重组和分离；到第二次分裂时出了变化，一条染色体的两条姐妹染色单体没有正常分开进入两个细胞，而是结伴挤进了同一个配子。为追踪这一过程，团队开发出适用于复杂多倍体基因组的重组断点分析新算法KLASSIFY，在全部杂交后代里识别出两类来源于亲本染色体的重组断点。
数据还给出了更精细的刻画：甘蔗不减数母本配子平均保留约62.5%的母本遗传多样性，其中约50%来自第一次减数分裂后进入该细胞的基本染色体组合，另外约12.5%由遗传重组交换带入的其他同源染色体片段贡献。据此，团队把传统的2n+n遗传模型修正为更精准的n₁*×2+n₂表达框架。
论文共同第一作者、福建农林大学海峡联合研究院副教授朱斯慧说，摸清这条规律之后，研究人员有望更有针对性地选择亲本，预测优良基因组合的保留与重组比率，并从大量杂交后代中更高效地筛出优良材料。这套基因组分析方法和思路，同样能为其他复杂多倍体植物解析不减数配子的形成机制提供工具。
8月6日上午，福建农林大学在福州仓山校区举行了这项成果的发布会。论文由福建农林大学作为通讯单位主导完成，美国夏威夷农业研究中心作为合作单位参与，朱斯慧副教授和唐海宝教授为共同第一作者，明瑞光教授为通讯作者。
注：本文中包含AI辅助创作的内容。
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