鉴定出影响同源四倍体拟南芥减数分裂特征的关键基因（2020.4.12 Plant Biotechnology Journal）

多倍体是由全基因组复制（WGD）产生的，增加了基因组的复杂性，它已经在生物界中影响了真核生物基因组的长期进化。多倍体也涉及到适应、驯化和物种形成。然而，当多倍体新形成时，它们面临着许多挑战，其中最大的一个是在减数分裂中每个染色体额外拷贝的分离。在二倍体中，每条染色体只有一条同源染色体，它可以在减数分裂中配对重组，但在多倍体中有更多的同源配体，这可能导致多价结合以及未配对的单价产生，表明配对或重组失败。进化的多倍体很少形成多价或单价，预防它们是多倍体减数分裂稳定性的一个重要方面。然而多倍体的多价预防和减数分裂稳定的分子基础仍然几乎是完全神秘的。

近日，PNAS杂志在线发表了英国约翰英纳斯中心细胞与发育生物学系Chris Morgan研究团队题为“Derived alleles of two axis proteins affect meiotic traits in autotetraploid Arabidopsis arenosa”的研究論文。该文介绍了他们对多倍体减数分裂的进化稳定机制的研究，主要探究了两个基因对多倍体减数分裂的影响。

他们以Arabidopsis arenosa为模型探究同源多倍体减数分裂稳定的分子基础。该模型植物是拟南芥的近亲且具有自然形成的二倍体和同源四倍体种群。已进化的同源四倍体减数分裂是稳定的，而新多倍体的减数分裂则是不稳定的，后者具有丰富的多价结合、单价、染色体缺失分离和低育性的特征。在已进化的四倍体A.arenosa中，减数分裂有几个关键的特征，包括交叉数量少，多价体少（与低育性相关）等。为了了解哪些基因变化可能导致了这些性状的进化，他们之前使用了A.arenosa的基因组扫描来识别位点，其中包括对减数分裂过程重要的蛋白质编码的多个基因，例如内聚、轴形成、联会和同源重组。

ASYNAPSIS1（ASY1）and ASYNAPSIS3（ASY3）是四倍体细胞系中几个减数分裂基因中的两个。ASY1和ASY3分别是酵母轴蛋白Hop1和Red1的同源蛋白，轴蛋白是在减数分裂前期I沿着复制染色体长度形成的蛋白质结构，是染色体对、联会和同源重组的关键。ASY1或ASY3突变体在联会中有缺陷，交叉率低，单价率高，并且几乎不育。在这项研究中，他们探究了这两个基因对四倍体减数分裂的影响。他们的研究表明，这两个基因的等位基因与减数分裂的变化有关，包括减少多价染色体组合的形成，减少轴长，在减数分裂中期有更多杆状双价的趋势。因此，他们得出结论，ASY1和ASY3是多倍体减数分裂的一个更大的多基因解决方案的组成部分。他们的研究结果有助于理解多倍体的进化，更广泛地说，有助于理解减数分裂性状在面临挑战时是如何进化的。