粳稻育种历史中线粒体基因组结构变异与细胞内DNA转移的进化研究

《BMC Plant Biology》：Historical breeding reveals graph-based structure dynamics and intracellular DNA transfer in rice mitogenome

　　

摘要

背景

植物线粒体基因组具有序列突变率极低但结构变异性极高的特征。这就是著名的植物线粒体进化悖论。尽管存在这种普遍的结构可塑性，但其进化连续性的潜在机制仍知之甚少，尤其是在短期育种历史中。

结果

在本研究中，我们利用长读长测序和基于图的组装技术，分析了跨越现代粳稻育种历史（1882-2011年）的十个品种。在样本中记录的水稻谱系中，核心组装主图的图结构是保守的，而其他两个采样育种分支显示出与重复介导的重排一致的替代图连接。品种沈农265，其核背景被分类为粳稻，但其线粒体基因组明显指向籼稻母本来源。在分析过的核基因组中，超长细胞器插入片段（> 10 kb）显示出聚集分布，NUPTs集中于4号染色体，NUMTs富集于12号染色体。在秋田小町中，一个由六个不同线粒体片段组成的63-kb NUMT得到了超长读段的支持。这表明存在多个独立插入事件形成了一个超大NUMT。

结论

通过将结构变异和细胞内DNA转移的分析整合到历史育种框架中，本研究为人工选择下植物线粒体基因组的进化行为提供了新见解。同时也为从细胞质视角理解作物育种历史奠定了基础。