生科院田大成/楊四海研究團隊揭示植物體細胞突變的分布規(guī)律及組織異質(zhì)性
? 我校生命科學(xué)學(xué)院田大成/楊四海團隊在植物體細胞的研究中取得重要進展，其研究成果《The architecture of intra-organism mutation rate variation in plants》（植物器官內(nèi)體細胞突變率的詳細探討）在國際重要綜合性期刊《Plos Biology》在線發(fā)表。我校田大成、楊四海教授及Bath大學(xué)的Laurence教授是該論文的通訊作者，王龍副教授及博士生季逸倫和碩士生胡穎文是該論文的共同第一作者。??
? 體細胞突變在生物體中具有普遍性，其的產(chǎn)生和積累伴隨生物體生長發(fā)育的各個階段，且一直被認為是造成生物體衰老以及腫瘤產(chǎn)生的重要原因。因此，對體細胞突變發(fā)生發(fā)展規(guī)律的研究無論是在動物還是植物中都具有非常重要的意義；其次，植物與動物不同，一般認為植物生殖細胞與體細胞早期不分化，那么植物在其生長過程中產(chǎn)生的體細胞突變極有可能大量的被傳遞到下一代，這與生物保持基因組穩(wěn)定的需求相違背。第三，植物具有諸多不同的組織（或器官），這些組織細胞在有絲分裂過程中，是否具有相似的突變率？最后，由于植物具有多分支結(jié)構(gòu)，不同分支可以積累不同的體細胞突變，那么這些突變是否與其適應(yīng)相關(guān)？受到早期技術(shù)和條件的限制，以上科學(xué)問題一直缺乏系統(tǒng)的探討。
? 研究團隊通過對多種不同植物，包括多年生木本栽培桃（Prunus persica?）、光核桃（Prunus mira?）、梅樹（Prunus mume?）、簸箕柳（Salix suchowensis?）、多年生草本森林草莓（Fragaria vesca?）、一年生草本擬南芥（Arabidopsis thaliana?）、水稻（Oryza sativa?）和二穗短柄草（Brachypodium distachyon?）等8個物種進行了系統(tǒng)的分析，精確鑒定了包含葉片、花瓣、根系、匍匐莖等不同組織當(dāng)中的體細胞突變情況。研究結(jié)果顯示，位于西藏的古桃樹盡管已存活近六百年，平均每年的體細胞突變率卻遠低于2年的小桃樹，表明植物體細胞突變的積累并不隨其年齡的增長而快速增加；植物體細胞突變的產(chǎn)生與保留存在顯著的分層現(xiàn)象，例如草莓匍匐莖稈中檢測到的突變幾乎不傳遞到匍匐莖上長出的植株，該現(xiàn)象說明植物分生組織干細胞存在潛在的分層靜置現(xiàn)象，并通過干細胞的分層來調(diào)控植物體細胞突變的積累，同時也說明，植物同樣存在類似于動物胚胎發(fā)育早期生殖系細胞隔離的現(xiàn)象；多年生植物的體細胞突變傳遞到下一代的比例（50%左右）遠高于一年生植物（10%左右），因此體細胞突變對于多年生植物的遺傳多樣性可能具有更大的貢獻；同一植株的不同組織存在不同的突變率，這種差異性調(diào)控可能是植物減少適應(yīng)性代價一種方式，是對高成本修復(fù)調(diào)控（生殖需求）和個體生長發(fā)育需求的平衡，也是植物自身適應(yīng)性演化的重要策略。
? 文章發(fā)表后，得到包括ScienceDaily、EurekAlert在內(nèi)的多家學(xué)術(shù)媒體的積極報道。相關(guān)研究結(jié)果為明確植物體細胞突變規(guī)律奠定了堅實的基礎(chǔ)，為探索體細胞突變在生物體內(nèi)的一般規(guī)律、揭示造成癌癥和衰老的內(nèi)在原因提供了更多的線索，也為林木業(yè)生產(chǎn)上進行多年生植物無性擴繁、植株改良以及防止植株退化提供了理論的指導(dǎo)。
圖1 420年古桃樹（西藏光核桃）的體細胞突變情況與繼承模式???
該研究得到國家自然科學(xué)基金項目（No. 91731308, No. 31601041, 和No. 31671322?）、江蘇協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。該研究的順利實施，也得到南京大學(xué)仙林校區(qū)作物分子遺傳實驗站的支持???
論文鏈接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000191????
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