横滨市立大学木原生物研究所清水健太郎客座教授小组正在与米乐m6官方网站、筑波大学、金泽大学、苏黎世大学等合作，对具有多组不同染色体（基因组）的异质生物体进行研究多倍体物种＊1中的基因组突变。使用这项技术进行的分析所得出的结果支持了已故 Inui Ohno 博士和其他人 50 年前的理论预测，即基因组多倍化扩大了进化的可能性。
油菜、小麦等主要农作物都是多倍体物种，由于多个相似和不相似物种的基因组组合，其基因数量增加了一倍以上。然而，由于增加的基因序列极其相似，因此很难区分它们并分析个体之间的变异。
在这项技术开发中，我们将使用一种多倍体植物模型，即四倍体 Miyamaha Tazao（学名：拟南芥），我们成功开发了一个程序，可以识别序列源自哪个亲本并检测个体之间的基因组变异。
利用这项技术，我们分析了 Miyamaha Tazao 25 个种群的基因组，并估计了有利于生长的氨基酸取代的进化速率，发现这超过了迄今为止报道的大多数二倍体植物物种的进化速率。通过将该技术应用于农作物，将有可能从基因组信息中发现可用作育种目标的有利突变，这有望带来更快、更高效的分子育种。
此研究成果发表在国际学术期刊《自然通讯''（截至日本时间2018年9月25日18:00）将在线发布。
人类和许多其他物种的正常细胞中有两组染色体，但染色体数量增加的个体可能会出现并建立一个新物种。这被称为基因组复制，这种现象普遍存在于许多谱系中，包括动物、真菌和植物。
众所周知，有许多多倍体物种，特别是有用的植物，例如小麦和油菜，在植物进化史上相对较新的时期经历了基因组复制。因此，长期以来人们一直认为基因组复制对于生存和繁殖具有一定的进化优势。 50年来，活跃在美国的已故大野进博士提出了基因组复制导致生物体新颖性的假说。该理论认为，当基因拷贝重叠时，就会出现冗余，从而放松对进化的限制，积累改变蛋白质的基因突变，并使新功能更容易进化。
然而，相反，也有一种理论认为，当由于基因组多倍化而发生物种形成时，个体数量减少，基因组变异减少。横滨市立大学木原生物科学研究所一直在JST战略创意研究项目（CREST）和其他组织的支持下，借鉴已故木原仁教授阐明小麦多倍体化起源的多倍体生物学研究传统，开展多倍体谷物研究。
近年来，有用植物和人类基因组分析的主流是不仅分析一个个体的基因组变异，而且分析许多个体的基因组变异。这是因为通过比较多个个体，我们可以全面发现基因组序列的个体差异（或个体差异），进而导致与病原体抗性等重要性状相关的遗传变异的分离。特别是，根据突变频率和种间差异的信息，可以估计因在进化过程中有利而传播的氨基酸突变的比例，以及因不利而经历负性自然选择的氨基酸突变的比例。然而，由于区分和分析多倍体物种中多组彼此相似的基因组的困难，比较和分析多个个体基因组的技术尚未开发出来，并且这种技术的建立一直是一个问题。小麦是一种典型的有用多倍体植物，其基因组大小高达 17 Gb（170 亿个碱基对），这也是破译它需要时间的原因之一，使其不适合快速的技术发展。
因此，在本研究中，我们重点关注 Miyamaha 蝴蝶，它的基因组大小约为 450 Mb（45 亿个碱基对），不到小麦的 1/35，并将其用作发育的模型多倍体。这种植物是一种模式生物拟南芥（Arabidopsis thaliana），全世界的植物学家都在研究它。拟南芥)密切相关，因此具有能够应用为拟南芥开发的遗传信息和分析技术的优点。此外，它是一种具有重要生态意义的物种，在日本北太平洋沿岸的分布范围中遗传多样性最高，适应海拔0米至3,000米的极其多样化的气候。我们小组正在对该物种作为原产于日本的多倍体模式物种进行研究。
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| [图1] Miyamaha Tazao，来自日本的多倍体模型植物。鸟取县大山个体（左）和低地亚种 Tachisuzu Shirosou（右，滋贺县琵琶湖畔） |
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| [图 2] 模型多倍体物种 Miyamahatazao 是一种四倍体物种，同时具有 Hakusan Hatazao（蓝色）和西方 Miyamaha Tazao（红色）的基因组 DNA。在这项研究中，我们开发了一种技术来分析具有如此复杂结构的多倍体基因组。 |
在这项研究中，我们使用了一种多倍体植物模型，即四倍体 Miyamaha japonica (A堪察加），我们试图开发一种技术来克服多倍体的基因组复杂性。
首先是二倍体白山旗男 (A哈勒里) 和宫山圣佑 多造 (A琴弦琴)的基因组序列。然后，通过参考这些父母的基因组序列，他们能够识别出四倍体宫叶田造所拥有的两组基因组序列中哪一组来自于哪一个父母，并成功开发了一个可以检测个体之间基因组变异的程序。
通过使用该技术破译从以日本为中心的北太平洋沿岸整个分布范围中选出的 25 个宫叶大藻种群（图 3）的基因组，可以定量分析宫叶大藻物种内的变异频率以及与拟南芥等密切相关物种的种间差异。
此外，改变蛋白质氨基酸的突变 (非同义替换＊2)的数量与未改变的突变（同义取代）的数量进行比较，在Miyamaha Tazao中检测到可能有利于生长的非同义取代的频率高于迄今为止报道的大多数二倍体植物物种。
此外，还与镉、锌等重金属的积累和耐受有关，这是宫叶太造及其亲本二倍体白山哈太造的共同特征。HMA4根据位点分析，由于多倍化导致基因组重复，位点数量增加到两个HMA4事实证明，每个基因都有着截然不同的自然选择历史。从父母双方遗传的两个基因 (同源＊3)经历单独的自然选择，这意味着作为进化和育种材料的基因数量通过多倍化而增加。这些结果支持已故大野干博士及其同事的理论预测，即多倍体化扩大了进化的可能性。
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| 12913_12978帕佩等人）。 |
这项技术开发是利用四倍体 Miyamaha Tazao 进行的，它是由两个父母所生。我们目前正在准备小麦基因组信息，以便将其应用于小麦，这是一个具有三个亲本的六倍体物种。分析进化有利突变还可以识别出有希望的育种目标基因。由于该技术可以应用于所有多倍体作物，因此有望实现多种多倍体作物的快速育种，而不仅仅是小麦。
*这项研究是在日本科学技术振兴机构 (JST) CREST“阐明植物对环境变化的鲁棒性和创建应用基础技术”和文部科学省创新领域科学研究援助金“新植物物种诞生原理”的支持下进行的。
※文章作者及标题
异源多倍体亚基因组的多态性和选择模式拟南芥
Timothy Paape、Roman V Briskine、Gwyneth Halstead-Nussloch、Heidi E L Lischer、Rie Shimizu-Inatsugi、Masaomi Hatakeyama、Kenta Tanaka、Tomoaki Nishiyama、Renat Sabirov、Jun Sese、Kentaro K Shimizu。
自然通讯。DOI：101038/s41467-018-06108-1