稻属BBCC异源多倍体的基因组变异和进化机制研究

Hybridization and polyploidization is always a hot topic in evolutionary biology. Previous studies indicated that the subgenomes that coexist in allopolyploids evolve in a very complex way, and further studies are needed to reveal the patterns and mechanisms of the intersubgenomic interactions. The present study was planned to conduct a genomic study on Oryza allopolyploid with BC-genome and its parents, which is an excellent system for allopolyploid research. We'll select multiple large genomic regions across the genome (BAC clone) and analyze the obtained sequences using methods of evolutionary genomics and phylogenetics, along with the expression patterns of the duplicated genes, in order to discuss the evolutionary independence or interactions between the subgenomes and the underlying mechanisms. Our object is to elucidate the dynamic evolution of subgenomes after the hybridization and polyploidization and its molecular mechanism from a perspective of genome sequences. Additionally, the deciphering of the genomes of wild rice could make a good foundation for developing and utilizing the genetic resources of genus Oryza.

杂交多倍化一直是进化生物学的热点研究问题。现有研究表明，异源多倍体中不同基因组成分的进化非常复杂，亚基因组间是独立进化还是相互作用，相互作用的式样和机制等问题还有待深入探讨。本项目以稻属BBCC异源多倍体物种体系为材料，采用进化基因组学及系统发育分析手段，通过分析多个基因组区域的大片断DNA序列（BAC克隆）和重复基因的表达模式，以探讨异源多倍体中不同亚基因组间的独立进化/相互作用，以及互作机制和进化动力问题，从而在基因组水平上揭示杂交多倍化后基因组的变异和进化机制，丰富植物进化理论。该研究对野生稻基因组序列的解读对于野生稻遗传资源的开发利用也具有较大的指导作用。

杂交和多倍化是植物中的常见现象，是进化生物学的重要研究内容之一。本项目以稻属的异源多倍体物种为研究材料，开展了异源多倍体物种起源方式和基因组进化的研究。项目主要取得如下结果：1）阐明了稻属BBCC异源多倍体物种的起源方式，明确了3个BBCC多倍体起源于多次独立的物种形成事件，其成种时间都在一百万年之内；2）分析了异源多倍体基因组的序列变异式样和表达变异式样，揭示出亚基因组与其祖先相比，CDS区很保守但UTR区变异大，推测可能重复基因的表达发生了分化，并且不同时期的不同组织材料具有不同的表达式样。上述研究为理解植物的杂交和多倍化增加了一个新的实例，并为进一步开展以稻属为模式的多倍体和基因组进化研究奠定了重要基础。研究结果的一部分已在国际重要期刊Scientific Reports上发表，另一部分研究结果正在撰写论文。