通过单微孢子测序技术对玉米和水稻中的非交叉重组谱进行表征

《The Plant Journal》：Characterization of non-crossover recombination spectrum by single-microspore sequencing in maize and rice

本研究通过单微孢子测序分析玉米和小麦减数分裂中非交叉互换-基因转换（NCO-GC）的分布特征，发现NCO-GC在基因上下游、内含子和转座子区域富集，并揭示其与GC3双峰分布及DSB数量的关联。

摘要

减数分裂过程中的DNA双链断裂（DSB）对染色体重组至关重要。DSB的修复有两种结果：交叉互换（CO）和非交叉互换（NCO）。交叉互换涉及同源染色体之间的双向交换，而非交叉互换则指染色体片段的单向转移。非交叉互换可以进一步分为伴有基因转换的NCO和不伴有基因转换的NCO。由于技术限制，以往的研究更多关注交叉互换而非非交叉互换。在本研究中，我们从玉米（Zea mays）和水稻（Oryza sativa）的减数分裂四分体中分离出单个微孢子，并对其进行了深度单微孢子基因组测序，以研究非交叉互换中的基因转换现象（NCO-GC）。在严格的实验条件下，我们在四个玉米四分体中发现了101个交叉互换事件和902个非交叉互换伴基因转换事件；在六个水稻四分体中则分别发现了173个交叉互换事件和279个非交叉互换伴基因转换事件。在玉米和水稻中，非交叉互换事件更易发生在基因上游和下游区域以及内含子中，同时也在转座子区域有显著分布。在玉米和水稻的非交叉互换事件中，存在一个共同的富含A碱基的序列基序。基因转换过程中GC（鸟嘌呤-胞嘧啶）含量的偏向可能解释了第三密码子位置（GC3）处GC含量的双峰分布现象，我们还发现DSB数量与非交叉互换事件中的GC含量之间存在显著的比例关系。这些发现表明，非交叉互换与交叉互换具有不同的模式，可能在基因和基因组进化中发挥重要作用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。本文未涉及任何涉及人类或动物参与者的研究。

数据可用性声明

本手稿中测序的原始数据已存入BIGD序列读取档案库，项目代码为PRJCA036234，网址为：https://ngdc.cncb.ac.cn/bioproject/。我们分析中使用的一些脚本已存放在公共仓库Figshare中，可访问的DOI链接为：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.30090037.v1。