CGM第413期：异源多倍化过程短柄草属着丝粒的遗传变异机制

着丝粒对维持真核生物的基因组稳定性至关重要，它们的更替塑造了基因组结构并驱动核型进化。然而，物种间着丝粒的变异机制以及多倍体不同基因组来源的着丝粒在数百万年进化过程是如何协同稳定的，一直是领域内长期没有解决的重大生物学问题。在本研究中，组装了三个近乎完整的基因组，包括一个异源四倍体杂交短柄草（Brachypodium hybridum）及其两个二倍体祖先二穗短柄草（Brachypodium distachyon）和斯特斯短柄草（Brachypodium stacei）。在单碱基水平系统解析了两个二倍体近缘种间着丝粒重复序列的组成、结构和表观遗传的巨大变异，表明来自共同起源的祖先种着丝粒重复序列在物种进化过程出现了分化，并且着丝粒内部的同质化伴随着局部卫星重复序列的迅猛增长，而反转座子的插入驱动了不同物种间着丝粒重复序列的多样性。进一步对异源多倍化过程中着丝粒的动态变化进行研究，发现从二倍体到四倍体的过程中，着丝粒内部的结构重排驱动着丝粒遗传和表观遗传的快速转变。此外，泛基因组分析还揭示了在不同多倍体水平，每个短柄草属基因组个体之间的着丝粒卫星重复序列发生着持续的变异。本研究为近缘物种及其异源多倍体基因组之间高度重复DNA序列的基因组学、表观基因组学和功能多样性方面提供了有力的见解，对于理解着丝粒种间分化驱动的新物种形成和多倍化核型稳定过程具有重要理论意义。