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张亚平院士课题组在植物新基因起源机制方面取得新进展
2014-11-06 | 作者: 吴东东 | 来源: 分子进化与基因组多样性研究学科组 |【小  大】【打印】【关闭】

  新基因为生物的进化提供了原始素材,是当今分子进化领域研究的热点。 然而现今新基因的研究主要是在动物,例如果蝇、人类、灵长类等等中开展。 这些研究普遍发现动物中的新基因在睾丸中偏好表达, 因而在动物中关于新基因的起源有个重要的假说,“out of testis hypothesis”。 然而植物中的新基因被关注的要少很多, 而且植物中,新基因主要起源于哪个组织还不清楚。

  张亚平院士课题组吴东东,王昕等基于基因芯片的表达数据发现拟南芥中的新基因在成熟花粉(mature pollen) 中显著偏好表达。进一步基于花粉发育四个主要阶段(uninucleate microspores, bicellular pollen, immature tricellular pollen, mature pollen)的表达数据发现新基因在成熟花粉(mature pollen)中显著高表达。 成熟花粉中有三个细胞:1个营养核细胞(vegetative nucleus),2个精子细胞(sperm cells )。在拟南芥营养核细胞中,转座元件的DNA甲基化降低,转录活性以及流动性增加,而精子细胞中染色质是处于浓缩状态。 通过比较发现新基因的甲基化水平在营养核中要显著低于精子细胞。 转座元件在植物基因组中颇多,是植物新基因起源的重要机制之一。研究也发现,拟南芥基因组中的新基因显著富集转座元件。营养核细胞中的DNA甲基化降低,转录活性增加以及转座元件流动性增加,都是促使新基因产生的重要因素。这些数据综合表明拟南芥中新基因更可能是在营养核中产生,而非精子细胞。这是与动物中新基因起源的不同之处,在动物中新基因更多是在精子细胞中产生,因为只有精子细胞中的遗传信息才会传给下一代。基于这些研究,我们提出植物基因组中新基因产生的“Out of pollen hypothesis”。

  此研究工作发表于Genome Biology and Evolution (“Out of Pollen” Hypothesis for Origin of New Genes in Flowering Plants: Study from Arabidopsis thaliana,http://gbe.oxfordjournals.org/content/6/10/2822.full.pdf+html)。杂志当期以“Highlight: The “Out of Pollen” Hypothesis—In Plants, Animals New Genes Originate in Male Sex Tissue ”为题评论了此研究。

 
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