Allopolyploïdie–een vormende kracht in de evolutie van tarwe-genen

Recente studies hebben aangetoond dat allopolyploïdie de genoomevolutie in tarwe op twee manieren versnelt: (1) allopolyploïdie brengt snelle genoomveranderingen teweeg (revolutionaire veranderingen) door de onmiddellijke generatie van een verscheidenheid aan kardinale genetische en epigenetische veranderingen, en (2) de allopolyploïde toestand vergemakkelijkt sporadische genoomveranderingen tijdens het leven van de soort (evolutionaire veranderingen) die niet haalbaar zijn op het diploïde niveau. De revolutionaire veranderingen omvatten (1) niet-willekeurige eliminatie van coderende en niet-coderende DNA-sequenties, (2) epigenetische veranderingen zoals DNA-methylering van coderend en niet-coderend DNA, die onder meer leiden tot het uitschakelen van genen, (3) activering van genen en retro-elementen, die op hun beurt de expressie van aangrenzende genen veranderen. Deze zeer reproduceerbare veranderingen doen zich voor in de F1-hybriden of in de eerste generatie(s) van de ontluikende allopolyploïden en zijn vergelijkbaar met die welke zich tweemaal in de natuur hebben voorgedaan: eerst bij de vorming van allotetraploïde tarwe (ongeveer 0,5 miljoen jaar geleden) en vervolgens bij de vorming van hexaploïde tarwe (ongeveer 10.000 jaar geleden). Eliminatie van niet-coderende sequenties uit één van de twee homoeologe paren in tetraploïden en uit twee homoeologe paren in hexaploïden, vergroot de differentiatie van homoeologe chromosomen op polyploïd niveau, en levert zo de fysische basis voor het diploïd-achtige meiotische gedrag van allopolyploïde tarwe. Regulering van genexpressie kan leiden tot verbeterde inter-genomische interacties. Inactivering van genen leidt tot snelle diploïdisatie, terwijl activering van genen door demethylering of door transcriptionele activering van retro-elementen die de expressie van naburige genen veranderen, tot nieuwe expressiepatronen leidt. De evolutionaire veranderingen bestaan uit (1) horizontale inter-genomische overdracht van chromosoomsegmenten tussen de samenstellende genomen, (2) productie van recombinante genomen door hybridisatie en introgressie tussen verschillende allopolyploïde soorten of, zeldzamer, tussen allopolyploïden en diploïden, en (3) mutaties. Deze verschijnselen, die de plasticiteit van het genoom met betrekking tot zowel structuur als functie benadrukken, zouden het aanpassingsvermogen van de nieuw gevormde allopolyploïden kunnen verbeteren en hun snelle en succesvolle vestiging in de natuur kunnen vergemakkelijken.

Plaats een reactie