CGM第498期：部分同源交换驱动籼粳亚种间节段异源四倍体快速进化

多倍化或全基因组加倍（whole-genome duplication, WGD）作为驱动物种进化与生物多样性形成的重要机制已被广泛认知。相较于其二倍体祖先，多倍体作物通常表现出生物量和经济产量均更高、抗逆性更强、生态适应性更广等表型优势。部分同源交换（Homoeologous Exchange, HE）作为异源多倍体特有的结构变异类型，对基因组稳定性、基因表达调控及表型可塑性都具有深远影响。由于HE介导的基因组嵌合必然会进一步增加亚基因组间部分同源染色体之间的相似性，进而加剧减数分裂紊乱，理论上含有大量HEs的多倍体后代的育性将进一步下降。此外，理论预测，在缺乏强选择压力的情况下，HE驱动的部分同源染色体重组将促使节段异源多倍体快速向同源多倍体方向演化。然而，上述理论推测均未经实验验证。

本研究利用水稻（Oryza sativa L.）粳稻亚种（subsp. japonica）和籼稻亚种（subsp. indica）间正反交F1杂交种，经全基因组加倍和单粒传连续自交11代，构建了包含202个四倍体重组自交系（tetraploid recombinant inbred lines, TRILs）的研究群体。通过全基因组重测序、转录组、DNA甲基化组等分析表明源自亲缘关系较近的二倍体双亲的异源多倍体（节段异源多倍体）可以在较少的有性繁殖世代内，发生并积累大量部分同源交换（HE）事件，并由此驱动“异源多倍体向同源多倍体的转化”现象，该现象的发现对分类学和系统学研究具有重要启示。同时，该研究关于多倍体优势的研究结果也提示，利用驯化的同属不同种间或亚种间二倍体作物为亲本，通过人工合成多倍体途径有望快速培育出具有重要农业应用价值的新型多倍体作物。