两个基因组可能比一个基因组更适合进化适应

科学家已经揭示了某些具有天然双倍“超基因组”的野生植物如何在适应气候波动和恶劣环境方面保持领先地位。这项世界上第一项研究发表在“ 自然生态学与进化论”上，可能对气候变化面临的植物和作物可持续性产生重大影响。

该研究小组使用了英国本土植物拟南芥(Arabidopsis)或拟南芥(thale cress)的近亲，这种植物可以是单基因组或双基因组。该研究结果为迄今为止双重基因组在整个物种范围内普遍存在的进化效应提供了最可靠的证据。

该研究也是第一个使用新技术对数百个基因组进行测序的综合测试一个世纪的进化理论。这项工作由诺丁汉大学生命科学学院和未来食品灯塔的进化基因组学副教授Levi Yant领导。

全基因组复制(基因组倍增或多倍体)发生在生命的所有王国中，并且在植物中最常见。它可能发生在一种称为“减数分裂”的细胞分裂过程中，在我们吃的作物中很常见，包括小麦，苹果，香蕉，燕麦，草莓，糖和花椰菜等芸苔。它也可能发生在最具侵袭性的癌症中并且与癌症进展相关，因此了解哪些因素可以稳定基因组重复以及基因组倍增人群如何发展变得非常重要。

Levi Yant副教授说：“理解这种奇怪的状态，即'过多的DNA'，这显然会导致最初的问题，可以克服 - 甚至变成一种进化的积极 - 是一个重大的科学问题。这几乎总是一件坏事有太多的DNA，但我们认为有时它会成为一个可能蓬勃发展的“有希望的怪物”。

“我们过去五年以前的工作一直是弄清楚这些加倍的基因组群体是如何稳定的。最初的问题是，当基因组重复首次发生时，突然间细胞机器的染色体太多了。这些染色体字面意思在细胞分裂过程中它们分离时会发生纠缠和破裂。它可能是一个混乱!这也可能成为某些作物的问题，特别是在高温下，因此全球变暖使这个问题变得更糟。

“几年前我们发现自然发生的全基因组重复是如何成功地发展为稳定的。然后我们想要通过更广泛的研究来研究整个物种范围内的适应性，因为我们知道一些基因组成倍增加的种群成功地侵入了非常恶劣的生境，例如有毒矿山，铁路和海滩环境，这些生境通常不适合植物生长。事实上，我们正在研究的其中一个物种有六个基因组拷贝，并且是最快速扩散的植物。自从20世纪70年代这种做法变得普遍以来，英国特别是在盐渍路边生长!

“这些坚韧的小植物可以成为很少的遗传适应机器，它们可以侵入恶劣的环境，甚至可以在其他人无法生长的地方茁壮成长。事实上，世界上大部分入侵植物都是基因组加倍，所以我们假设由于基因组重复，我们可以关注并找到负责适应的基因。我们在这项研究中测试了这个假设，我们重新测序了这个小植物拟南芥的300个基因组，从39个地理区域收集整个欧洲，寻找选择的一个小足迹，一个特定的基因，似乎有助于适应特定地区。“

“除了特定的基因，我们发现了一些更重要的东西 - 在基因组中加倍变异，控制达尔文选择如何运作的基本过程与它们在单一基因组物种中的表现有点不同。也就是说，我们找到了更广泛的原因基因组加倍的群体可能会更好地适应，超出了他们只是拥有更多DNA或可能含有新基因变异的事实。“

他们发现，在一个物种的双倍基因组版本中，相同DNA链上相邻基因之间的联系不那么严格。在特定DNA片段上彼此接近的两个基因比在该物种的单基因组版本中具有不同的突变组合更常见。可能是相邻基因之间的“连锁断裂”过程在双重基因组物种中更有效因为存在更多种不同的组合，并且DNA与其他伴侣重组，产生新的基因组合。这意味着一个基因的良好版本可以从其“DNA邻域”中的另一个基因的不良版本中逃脱，从而允许达尔文选择更有效地发生，从群体中清除不良版本并选择商品。

最近的独特和大规模人口评估的结果增加了这样一种理论的重要性：这些具有“太多DNA”的特殊植物具有广泛的武器以适应气候变化并且在未来发展变得更加强大。然而，研究人员表示，仍需要做很多工作来了解是什么推动了新成立的双基因组谱系的成功建立和传播。

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