JGG｜中科学植物所焦远年团队解析小麦族基因组结构变异的演化历史

摘要：小麦族作为禾本科中具有重要经济价值的植物类群，涵盖大麦、小麦、黑麦等重要作物以及众多关键的牧草资源植物。基因组结构变异通常会引起物种遗传和表观遗传的改变，是推动物种适应性进化的重要驱动力之一。尽管先前的研究已经对小麦族基因组结构变异进行了探索，但仍有一些未解之

小麦族作为禾本科中具有重要经济价值的植物类群，涵盖大麦、小麦、黑麦等重要作物以及众多关键的牧草资源植物。基因组结构变异通常会引起物种遗传和表观遗传的改变，是推动物种适应性进化的重要驱动力之一。尽管先前的研究已经对小麦族基因组结构变异进行了探索，但仍有一些未解之谜和争议。

2025年1月1日，中国科学院植物研究所焦远年研究员团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Ancestral genome reconstruction and the evolution of chromosomal rearrangements in Triticeae”的研究论文。该研究重构了小麦族及小麦谱系的祖先基因组，深入探讨了小麦族基因组结构变异的演化历程，澄清了之前关于染色体重排的部分争议。

该研究利用已发表公共基因组数据构建了小麦族和小麦谱系的高质量祖先基因组，每个祖先基因组均包含七条染色体，分别携带22,894和29,060个祖先基因。通过比较祖先基因组和现存小麦族物种基因组，进一步探讨了小麦族基因组结构变异的演化历史以及相关争议。首先，发现大麦( Hordeum vulgare)和长穗偃麦草( Thinopyrum elongatum)具有相对保守的染色体结构，而黑麦( Secale cereale)经历大量物种特异的染色体重排；其次，证实4AL/5AL易位在多个小麦族物种中存在且具有相同或相似断点，但综合证据支持该易位在小麦族中是多次独立起源的；再次，证实四倍体小麦中发生的4AL/7BS易位是相互易位，而非从7BS到4AL的单向易位；最后，通过比较小麦族物种中结构变异断点的位置，发现5个在多个物种中独立发生结构变异的热点区域，并初步探讨了热点区域的遗传特征，为后续进一步研究基因组结构变异的遗传和表观遗传驱动机制提供了重要基础。