棉花进化

研究二倍体进化过程中同源基因的丢失

Abstract

在植物的进化历程中全基因组的复制事件时常发生，并且在不同世代中周期性的出现；在每次复制事件发生的同时往往伴随着大量基因的丢失。在两个复制的染色体中基因的丢失存在偏向性，并且 基因表达水平在基因丢失频率低的区域和丢失频率高的区域不同。其中一个假设认为基因表达水平的降低和附近transposable elements 转座因子的沉默有关。通过对基因丢失区域的表达水平分析发现，基因的表达与基因丢失的频率呈负相关。结合在其他物种中的报道，TE离基因的距离，position downregulation位置调控理论这个现象并不明显，但是在TE的数量、24nt-siRNA、GC含量上还是有一点的区别。最终认为重复元素和重组交换率会影响基因的丢失。

result

作者从基因组找到一些能够将不同基因丢失事件区分开来的特征，表明这些特征可能是驱动gene loss。

We present evidence of other genomic features that distinguish the most fractionated (MF) and least fractionated (LF) components of the genome and suggest how these characteristics might drive differential gene loss

分析流程

1. 构建二倍体D5和对应祖先可可的染色体同源区段

2. 将同源区段根据基因的丢失水平分为LF和MF

3. 计算了在叶片等三个组织中这些同源基因的表达水平

4. 比较两类区段中TE的密度

   

5. 比较TE距离基因的远近和基因表达的关系

   

6. 比较LF和MF两组中siRNA富集程度

总结

• 同源基因的表达差异和基因丢失的偏好性存在相关

• TE、24nt-siRNA的富集、TE的position effect会影响基因的表达

• 是同源基因表达差异驱动基因的丢失还是基因的丢失导致基因的差异表达？

• TE和GC含量会影响基因的重组率，当重组率小的时候自然选择的效应相对较低，不能够有效的打破不利和有利基因之间的连锁，从而gene loss频率也就比较低

古多倍化事件

也就看出了现代栽培四倍体是怎么形成的，首先葡萄进化出可可和棉花的祖先种，祖先种发生了古多倍化事件使得基因发生了5~6倍的复制，分化形成多个二倍体祖先，包括新世界的D基因组和旧世界的A基因组。两人相遇杂交加倍形成现在的四倍体

A-genome propagule resembling G. herbaceum to the New World2, hybridization with a native D-genome species resembling G. raimondii, and chromosome doubling

棉花进化

参考

1. Persistence of Subgenomes in Paleopolyploid Cotton after60 My of Evolution

2. Repeated polyploidization of Gossypium genomes and the evolution of spinnable cotton fibres