普通小麦是异源六倍体,染色体组分别为A组(来自乌拉尔图小麦)、D组(来自粗山羊草和B组(未确定但可能来自与S组相关的山羊草)。普通小麦形成经历两次杂交和两次染色体组加倍过程。在这个过程中,染色体组加倍伴随基因组冲击而发生修饰或重组等。
韩方普研究组长期从事小麦远缘杂交与染色体工程工作,利用人工合成的四倍体小麦通过非编码RNA如rDNA研究表明:双亲的rDNA基因在杂种F1均表达,但染色体组加倍当代A组发生rDNA沉默并发生启动子区DNA甲基化升高。长期进化过程中小麦的rDNA发生严重的变化:A组位点大部分丢失,D组位点拷贝数减少并失去功能,B组的一对染色体rDNA位点发生位置变化。人工合成的部分组合产生的四倍体小麦在高代发生A组rDNA位点消失,符合小麦进化的第一次染色体加倍而长期进化丢失A组的部分或全部rDNA位点。而B组的rDNA位点除一对染色体发生位置变化,均保持活跃转录状态。双单倍体状态下双亲的rDNA均表达,加倍当代表现出基因组偏向沉默,但用细胞质诱导获得普通小麦单倍体发现沉默的rDNA并不能因倍性改变而恢复活性。同时,利用人工合成小麦及其远缘杂交材料,详细研究非编码RNA在麦类着丝粒的变异与新着丝粒的形成作用及变化机制。
韩方普研究组博士生郭翔完成这一工作,部分结果发表在The Plant Cell (DOI:10.1105/tpc.114.129841)。本工作得到科技部863项目及植物细胞与染色体工程国家重点实验支持。