科學(xué)家已經(jīng)揭示了某些具有天然雙倍“超基因組”的野生植物如何在適應(yīng)氣候波動和惡劣環(huán)境方面保持領(lǐng)先地位。這項世界上第一項研究發(fā)表在“ 自然生態(tài)學(xué)與進化論”上，可能對氣候變化面臨的植物和作物可持續(xù)性產(chǎn)生重大影響。

該研究小組使用了英國本土植物擬南芥(Arabidopsis)或擬南芥(thale cress)的近親，這種植物可以是單基因組或雙基因組。該研究結(jié)果為迄今為止雙重基因組在整個物種范圍內(nèi)普遍存在的進化效應(yīng)提供了最可靠的證據(jù)。

該研究也是第一個使用新技術(shù)對數(shù)百個基因組進行測序的綜合測試一個世紀的進化理論。這項工作由諾丁漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和未來食品燈塔的進化基因組學(xué)副教授Levi Yant領(lǐng)導(dǎo)。

全基因組復(fù)制(基因組倍增或多倍體)發(fā)生在生命的所有王國中，并且在植物中最常見。它可能發(fā)生在一種稱為“減數(shù)分裂”的細胞分裂過程中，在我們吃的作物中很常見，包括小麥，蘋果，香蕉，燕麥，草莓，糖和花椰菜等蕓苔。它也可能發(fā)生在最具侵襲性的癌癥中并且與癌癥進展相關(guān)，因此了解哪些因素可以穩(wěn)定基因組重復(fù)以及基因組倍增人群如何發(fā)展變得非常重要。

Levi Yant副教授說：“理解這種奇怪的狀態(tài)，即'過多的DNA'，這顯然會導(dǎo)致最初的問題，可以克服 - 甚至變成一種進化的積極 - 是一個重大的科學(xué)問題。這幾乎總是一件壞事有太多的DNA，但我們認為有時它會成為一個可能蓬勃發(fā)展的“有希望的怪物”。

“我們過去五年以前的工作一直是弄清楚這些加倍的基因組群體是如何穩(wěn)定的。最初的問題是，當(dāng)基因組重復(fù)首次發(fā)生時，突然間細胞機器的染色體太多了。這些染色體字面意思在細胞分裂過程中它們分離時會發(fā)生糾纏和破裂。它可能是一個混亂!這也可能成為某些作物的問題，特別是在高溫下，因此全球變暖使這個問題變得更糟。

“幾年前我們發(fā)現(xiàn)自然發(fā)生的全基因組重復(fù)是如何成功地發(fā)展為穩(wěn)定的。然后我們想要通過更廣泛的研究來研究整個物種范圍內(nèi)的適應(yīng)性，因為我們知道一些基因組成倍增加的種群成功地侵入了非常惡劣的生境，例如有毒礦山，鐵路和海灘環(huán)境，這些生境通常不適合植物生長。事實上，我們正在研究的其中一個物種有六個基因組拷貝，并且是最快速擴散的植物。自從20世紀70年代這種做法變得普遍以來，英國特別是在鹽漬路邊生長!

“這些堅韌的小植物可以成為很少的遺傳適應(yīng)機器，它們可以侵入惡劣的環(huán)境，甚至可以在其他人無法生長的地方茁壯成長。事實上，世界上大部分入侵植物都是基因組加倍，所以我們假設(shè)由于基因組重復(fù)，我們可以關(guān)注并找到負責(zé)適應(yīng)的基因。我們在這項研究中測試了這個假設(shè)，我們重新測序了這個小植物擬南芥的300個基因組，從39個地理區(qū)域收集整個歐洲，尋找選擇的一個小足跡，一個特定的基因，似乎有助于適應(yīng)特定地區(qū)。“

“除了特定的基因，我們發(fā)現(xiàn)了一些更重要的東西 - 在基因組中加倍變異，控制達爾文選擇如何運作的基本過程與它們在單一基因組物種中的表現(xiàn)有點不同。也就是說，我們找到了更廣泛的原因基因組加倍的群體可能會更好地適應(yīng)，超出了他們只是擁有更多DNA或可能含有新基因變異的事實。“

他們發(fā)現(xiàn)，在一個物種的雙倍基因組版本中，相同DNA鏈上相鄰基因之間的聯(lián)系不那么嚴格。在特定DNA片段上彼此接近的兩個基因比在該物種的單基因組版本中具有不同的突變組合更常見?？赡苁窍噜徎蛑g的“連鎖斷裂”過程在雙重基因組物種中更有效因為存在更多種不同的組合，并且DNA與其他伴侶重組，產(chǎn)生新的基因組合。這意味著一個基因的良好版本可以從其“DNA鄰域”中的另一個基因的不良版本中逃脫，從而允許達爾文選擇更有效地發(fā)生，從群體中清除不良版本并選擇商品。

最近的獨特和大規(guī)模人口評估的結(jié)果增加了這樣一種理論的重要性：這些具有“太多DNA”的特殊植物具有廣泛的武器以適應(yīng)氣候變化并且在未來發(fā)展變得更加強大。然而，研究人員表示，仍需要做很多工作來了解是什么推動了新成立的雙基因組譜系的成功建立和傳播。