编辑推荐：
人们普遍认为，异源多倍化依赖于杂交和基因组加倍。日前，德国马普植物分子生理研究所的Ralph Bock领导研究团队，首次展示了一种无性的异源多倍化途径，并由此得到了新的植物品种。
生物通报道：在自然界中，两种不同的植物偶尔会发生杂交。这可能会引发一些问题，因为父本和母本的遗传信息并不相配。不过这个问题很容易解决。 只要亲本植物将完整的遗传信息传递给下一代（而不是一半），这样染色体就能够在减数分裂中正确配对，减数分裂是生殖细胞的形成途径。在这种情况下，杂交形成的植物仍有繁殖能力，并形成了新的物种。这种被称为异源多倍化（allopolyploidy）的现象，在野生植物和农作物（例如小麦、油菜籽和棉花）中都很常见。
此前人们普遍认为，异源多倍化依赖于杂交和基因组加倍。日前，德国马普植物分子生理研究所的Ralph Bock领导研究团队，首次展示了一种无性的异源多倍化途径，并由此得到了新的植物品种。
Bock的研究团队使用的是嫁接法。在园艺和葡萄栽培领域，人们通过嫁接将两个品种的优点结合起来。举例来说，将对害虫敏感的高品质葡萄与抗性品种嫁接起来，能够有效防治葡萄根瘤蚜（一种祸害葡萄的著名害虫）。两种嫁接植物之间并不存在遗传学物质的重组，而是采用了一种被称为水平基因转移的策略。（延伸阅读：Science：线粒体融合实现基因“大迁徙”）
“我们之前的工作证明，嫁接植物的接触区域存在着叶绿体基因的水平转移。现在我们想知道的是，嫁接过程是否涉及了细胞核遗传信息的转移，”Ralph Bock解释道。
研究人员将不同的抗生素抗性基因分别引入两种烟草（Nicotiana tabacum和Nicotiana glauca）的细胞核基因组，然后将两种烟草相互嫁接。在融合发生之后，研究人员切下两种烟草的接触区域，将其放到含有两种抗生素的培养基中，只有携带两种抗性基因的细胞才能够生存。令人惊讶的是，培养及中长出了许多双重抗性的苗木。
这种双重抗性是来自单个基因的转移，还是真个基因组的转移呢？研究人员对双重抗性植物进行了染色体计数。如果发生了完整基因组转移，那么新植物的染色体数应该是两个亲本染色体数之和。“N. glauca含有24个染色体，而N. tabacum 含有48个染色体，”Ralph Bock介绍道。“而我们在双重抗性植物中发现了72个染色体。”“我们通过无性途径得到了新的异源多倍体植物，”文章的第一作者Sandra Stegemann说。
研究人员将这种新植物放到温室中进行培养，它们很明显结合了两种亲本的特征。而且这种新植物比亲本生长得快得多，这是许多异源多倍体的特性。因为这种新植物能够持续有性繁殖下去，研究人员将其视为一个新的物种，命名为Nicotiana tabauca。
研究指出，在水平基因组转移的基础上进行嫁接和筛选，可以帮人们创造出更高产更优良的新作物。
（生物通编辑：叶予）
生物通推荐原文摘要：
Horizontal genome transfer as an asexual path to the formation of new species
Allopolyploidization, the combination of the genomes from two different species, has been a major source of evolutionary innovation and a driver of speciation and environmental adaptation1, 2, 3, 4. In plants, it has also contributed greatly to crop domestication, as the superior properties of many modern crop plants were conferred by ancient allopolyploidization events5, 6. It is generally thought that allopolyploidization occurred through hybridization events between species, accompanied or followed by genome duplication6, 7. Although many allopolyploids arose from closely related species (congeners), there are also allopolyploid species that were formed from more distantly related progenitor species belonging to different genera or even different tribes8. Here we have examined the possibility that allopolyploidization can also occur by asexual mechanisms. We show that upon grafting—a mechanism of plant–plant interaction that is widespread in nature—entire nuclear genomes can be transferred between plant cells. We provide direct evidence for this process resulting in speciation by creating a new allopolyploid plant species from a herbaceous species and a woody species in the nightshade family. The new species is fertile and produces fertile progeny. Our data highlight natural grafting as a potential asexual mechanism of speciation and also provide a method for the generation of novel allopolyploid crop species.
生物通微信公众号
生物通 版权所有
