CGM第588期：合成异源四倍体小麦非整倍体和整倍体群体进化潜力的比较

由于突然的基因组倍增，多倍体形成初期不可避免存在减数分裂异常问题，导致大量非整倍体配子，进而产生非整倍个体后代。因此，非整倍性与新生多倍体是密切相关的，但其在这一特定生物学背景下的进化意义仍然未知。研究通过人工演化实验，在一个合成异源四倍体小麦中探讨了这一问题，在正常条件以及三种非生物胁迫下，评估了跨世代选择的非整倍体和整倍体四倍体群体的可进化性（evolvability，这里我们定义为“后代适合度”）。结果发现，即使在正常条件下，约有30%的非整倍群体表现出高于所有整倍体群体的可进化性。此外，在三种胁迫中存活下来的两个四倍体群体中，几乎所有个体都是非整倍体，表现为特定染色体的缺失或增加，而少数存活的整倍体个体均是耐受胁迫的非整倍体的后代，这些后代均含有与亲本相同的复杂结构变异。生理学分析显示，在耐受胁迫的非整倍体中，细胞生理过程在胁迫诱导下明显转向或超越了更具耐受性的二倍体亲本的水平。全基因组重测序证实，决定更高可进化性和胁迫耐受表型的因素是非整倍性，而不是从头发生的核苷酸序列变异。研究结果表明，非整倍性可能作为一种过渡性的遗传跳板，特别是在胁迫环境下，通过将耐胁迫特性传递给整倍体后代，促进新生多倍体的建立。此外，依据本研究结果推测在古多倍体的再二倍体化过程中，非整倍性可能也发挥了类似作用，在这一过程中，染色体周期性断裂与融合或染色体数目下降的异倍化过程相伴发生，而交织其中的非整倍性和染色体重排是不可避免的中间状态。