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昆明动物所在植物新基因起源机制研究中获进展
  文章来源:昆明动物研究所 发布时间:2014-11-07 【字号: 小  中  大   

  新基因为生物的进化提供了原始素材,是当今分子进化领域研究的热点。然而现今新基因的研究主要是在动物,例如果蝇、人类、灵长类等等中开展。这些研究普遍发现动物中的新基因在睾丸中偏好表达,因而在动物中关于新基因的起源有个重要的假说“out of testis hypothesis”。然而植物中的新基因被关注的要少很多,而且植物中,新基因主要起源于哪个组织还不清楚。

  澳门赌场昆明动物研究所张亚平院士课题组吴东东、王昕等基于基因芯片的表达数据发现拟南芥中的新基因在成熟花粉(mature pollen) 中显著偏好表达。进一步基于花粉发育四个主要阶段(uninucleate microspores, bicellular pollen, immature tricellular pollen, mature pollen)的表达数据发现新基因在成熟花粉(mature pollen)中显著高表达。成熟花粉中有三个细胞:1个营养核细胞(vegetative nucleus),2个精子细胞(sperm cells )。在拟南芥营养核细胞中,转座元件的DNA甲基化降低,转录活性以及流动性增加,而精子细胞中染色质是处于浓缩状态。通过比较发现新基因的甲基化水平在营养核中要显著低于精子细胞。转座元件在植物基因组中颇多,是植物新基因起源的重要机制之一。研究也发现,拟南芥基因组中的新基因显著富集转座元件。营养核细胞中的DNA甲基化降低,转录活性增加以及转座元件流动性增加,都是促使新基因产生的重要因素。这些数据综合表明拟南芥中新基因更可能是在营养核中产生,而非精子细胞。这是与动物中新基因起源的不同之处,在动物中新基因更多是在精子细胞中产生,因为只有精子细胞中的遗传信息才会传给下一代。基于这些研究,他们提出植物基因组中新基因产生的“Out of pollen hypothesis”。

  此研究工作发表于Genome Biology and Evolution“Out of Pollen” Hypothesis for Origin of New Genes in Flowering Plants: Study from Arabidopsis thaliana)。杂志当期以Highlight: The“Out of Pollen”Hypothesis—In Plants, Animals New Genes Originate in Male Sex Tissue 为题评论了此研究。

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