PNAS：sRNA測序揭示雜種優(yōu)勢之謎

日期：2012-07-02 08:38:50

Illinois大學(xué)的功能基因組學(xué)副教授Steve Moose及其團隊發(fā)現(xiàn)了玉米雜種優(yōu)勢的新因素，即20至25個核苷酸長的雙鏈小RNA分子sRNA。文章發(fā)表在6月26日的Proceedings of the National Academy of Science雜志上。

“雜種優(yōu)勢”是指不同親本植物雜交形成的子代具有更高的生長活力或健康水平、抗病能力和其他優(yōu)良品質(zhì)。自從二十世紀早期發(fā)現(xiàn)孟德爾定律以來，科學(xué)家就在爭論雜種優(yōu)勢背后的遺傳學(xué)因素。二十世紀二十年代到五十年代間盛行的理論，將雜種優(yōu)勢與單個基因或基因互作聯(lián)系起來，而隨著科學(xué)的發(fā)展，許多科學(xué)家并不贊同這一理論。“雜種優(yōu)勢應(yīng)該涉及了整個基因組，”Moose說。

1953年DNA的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變了人們的思維模式，但對于雜種優(yōu)勢現(xiàn)象還沒有一個統(tǒng)一的理論。隨著新一代遺傳學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)基因已經(jīng)不能解釋雜種優(yōu)勢現(xiàn)象中的一切。

sRNA是1998年在線蟲中發(fā)現(xiàn)的，它們維持基因組整體性、引起基因多樣性并控制基因表達，而這些特性都可能與雜種優(yōu)勢現(xiàn)象有關(guān)。研究人員認為sRNA應(yīng)該是雜種優(yōu)勢的成因之一。

研究人員采用了Illumina/Solexa 1G Genome Analyzer測序平臺，對兩種玉米自交系（B73 和Mo17）及其雜交子代的sRNA圖譜差異進行了比較研究。樣品取自玉米的芽尖和發(fā)育中的果穗，這兩種組織生長快速并且控制著玉米雜交作物的生長。

測序產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，研究人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)的重要性進行了縮減。研究發(fā)現(xiàn)雜交作物遺傳自親本的siRNA形成了sRNA圖譜的主要差異，而siRNA能影響基因表達。研究還發(fā)現(xiàn)雜交并不產(chǎn)生新siRNA，但由于分別遺傳了親本雙方的siRNA，雜交子代的siRNA種類比親本更復(fù)雜。親本之間siRNA 的差異主要是重復(fù)片段造成的，這些重復(fù)片段是活性反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子形成的。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子能在基因組中轉(zhuǎn)移并擴增。

玉米基因組重復(fù)序列的數(shù)量和復(fù)雜性比擬南芥或水稻大的多，不過研究發(fā)現(xiàn)與擬南芥或水稻相似，玉米基因組中的24-nt siRNA在兩個親本中豐度不同，且在雜交子代中也顯示出下調(diào)趨勢。令人驚訝的是，當mop1編碼的RNA聚合酶2發(fā)生突變廣泛降低24-nt siRNA水平時，雜交子代能夠完全維持雜交優(yōu)勢。一些反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族生成的21–22-nt siRNA的水平在兩個親本及雜交子代中各不相同。研究人員認為這些siRNA的差異使玉米獲得了大量的遺傳學(xué)多樣性能在基因組水平上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)座子和基因，而這可能就是玉米具有高度雜種優(yōu)勢的原因。