Allopolyploidia–a shaping force in the evolution of wheat genomes

Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että allopolyploidia kiihdyttää vehnän genomievoluutiota kahdella tavalla: (1) allopolyploidisaatio laukaisee nopeita genomimuutoksia (vallankumouksellisia muutoksia) erilaisten kardinaalisten geneettisten ja epigeneettisten muutosten välittömän synnyttämisen kautta, ja (2) allopolyploidinen tila helpottaa lajin eliniän aikana tapahtuvia satunnaisia genomimuutoksia (evoluutiomuutoksia), joita ei voida saavuttaa diploiditasolla. Vallankumouksellisiin muutoksiin kuuluvat (1) koodaavien ja ei-koodaavien DNA-sekvenssien ei-sattumanvarainen eliminointi, (2) epigeneettiset muutokset, kuten koodaavan ja ei-koodaavan DNA:n DNA-metylaatio, jotka johtavat muun muassa geenien hiljentymiseen, (3) geenien ja retroelementtien aktivoituminen, joka puolestaan muuttaa viereisten geenien ilmentymistä. Nämä hyvin toistettavissa olevat muutokset tapahtuvat F1-hybrideissä tai syntymässä olevien allopolyploidien ensimmäisessä sukupolvessa tai ensimmäisissä sukupolvissa, ja ne olivat samankaltaisia kuin luonnossa kahdesti tapahtuneet muutokset: ensin allotetraploidisen vehnän muodostumisessa (noin 0,5 miljoonaa vuotta sitten) ja toiseksi heksaploidisen vehnän muodostumisessa (noin 10 000 vuotta sitten). Koodaamattomien sekvenssien poistaminen yhdestä kahdesta homoeologisesta parista tetraploideissa ja kahdesta homoeologisesta parista heksaploideissa lisää homoeologisten kromosomien erilaistumista polyploiditasolla, mikä tarjoaa fyysisen perustan allopolyploidisen vehnän diploidien kaltaiselle meioottiselle käyttäytymiselle. Geenien ilmentymisen säätely voi johtaa parempaan geenien väliseen vuorovaikutukseen. Geenien inaktivointi saa aikaan nopean diploidisaation, kun taas geenien aktivointi demetyloitumisen tai vierekkäisten geenien ilmentymistä muuttavien retroelementtien transkriptionaalisen aktivoinnin kautta johtaa uudenlaisiin ilmentymismalleihin. Evoluutiomuutokset käsittävät (1) kromosomisegmenttien horisontaalisen intergenomisen siirron muodostavien genomien välillä, (2) rekombinanttigeenien tuottamisen hybridisaation ja introgression kautta eri allopolyploidien lajien välillä tai harvemmin allopolyploidien ja diploidien välillä, ja (3) mutaatiot. Nämä ilmiöt, jotka korostavat genomin plastisuutta sekä rakenteen että toiminnan osalta, saattavat parantaa vastaperustettujen allopolyploidien sopeutumiskykyä ja helpottaa niiden nopeaa ja menestyksekästä vakiintumista luontoon.

Jätä kommentti