利用单细胞测序技术解析玉米和水稻的非重组交换发生模式

Homologous recombination, resulting from meiotic crossovers (CO) and non-crossovers (NCO), is a fundamental biological phenomenon and drives both sequence diversity and gene content variation. However, studies pay more attention to CO than NCO events due to technological limitations. We isolated the four microspores from a single tetrad in maize and rice for the purpose of deep whole-genome sequencing. We will find NCO events through the identification of non-Mendelian markers caused by gene conversion. Furthermore, we will characterize the spectrum of NCO events in maize and rice and also try to explore the possible impact of NCO events on genome evolution.

重组是一种最基本的生物学现象，给基因组带来了丰富的变异类型及遗传多样性，推动了基因组进化。重组可分为两种类型—交换重组和非交换重组。而由于技术的限制，对交换重组的研究远多于非交换重组。本课题拟通过分离水稻玉米四分体单细胞，深度测定玉米和水稻的四分体，获得高密度分子标记，通过鉴定基因转换引起的非孟德尔遗传标记，定位非交换重组事件。进而解析玉米和水稻中非交换重组的发生模式，以及其在基因组进化中可能发挥的作用。

重组是生物遗传多样性产量的重要来源之一。然而，目前在作物中对于非交换重组的发生模式及意义仍有待探索。在本研究中，利用单细胞测序技术解析玉米和水稻的费重组交换发生模式，主要开展了以下工作：1）建立了可靠的交换重组（crossover,CO）及非交换重组(non-crossover,NCO)鉴定的生物信息学流程，并系统解析了玉米和水稻雄配子的CO及NCO发生模式；2）发现了CO及NCO引起的基因转换对玉米和水稻基因组进化的影响。.证明了：1）非交换重组发生次数远多于交换重组，系统探究了NCO发生的次数、长度以及位置等模式，其基因组分布具有偏好性，更容易发生于近5’UTR区。在水稻和玉米中的NCO发生区域均检测到A-rice的DNA motif序列；2）CO及NCO引起的基因转换（gene conversion,GC）更容易发生AT到GC的基因转换；3）利用单细胞测序数据，开发了适用于复杂基因组的单体型组装软件gcaPDA。.利用该项目的资助，课题组在主流期刊BMC Bioinformatics发表通讯作者论文1篇。圆满完成各项任务。