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回答时间：2024-05-28 01:47
揭示小麦基因密码：河南大学国家重点实验室揭示线粒体进化奥秘</
小麦，作为全球粮食生产的关键作物，其复杂的起源和演化历程一直是科学家们关注的焦点。作为异源六倍体植物，小麦的基因组包含了丰富的信息，其中线粒体作为细胞的能量核心，其进化历程提供了研究物种形成和多倍化事件的重要线索。近日，河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室在The Crop Journal上发表了题为“Evolutionary genetics of wheat mitochondrial genomes”的研究，深度解析了五种小麦物种的19个线粒体基因组，为我们揭示了这一微观世界中的进化秘密。
尽管Triticum-Aegilops复合群的线粒体基因组总体上保持着进化上的保守性（图1</），但频繁的序列重排和核基因组片段的插入导致不同物种间mtDNA大小存在显著差异，重复序列也展现出显著的物种特异性。其中，atp6、cob、nad6和nad9四个基因尤为关键，它们的序列差异主要源于基因内部的重排，这往往伴随着基因功能的暂时丧失（图2</）。通过对这些基因的深入分析，研究团队得以追踪到小麦多倍化的亲本关系：第一次多倍化中，BB作为母本，AA为父本，产生AABB；第二次多倍化则由AABB和DD结合，形成AABBDD。提莫菲维小麦（AAGG）的形成则表明GG为母本，AA为父本，形成过程清晰可见。
值得注意的是，拟山羊草（Aegilops speltoides）曾被认为是BB的潜在来源，但线粒体序列研究揭示出其与BB之间的距离。SS/BB/GG分支的共同特点是cob基因3'端较长，而BB/GG的atp6基因表现出独特的序列特征，这暗示了其可能来源于偃麦草属植物的杂交。ATP6蛋白在能量生成过程中至关重要，其失活可能导致能量代谢问题，影响到小麦的繁殖能力。这一发现为BB/GG二倍体的形成提供了新的视角，即可能是SS与偃麦草属二倍体的杂交产物（图3</）。
河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室的硕士研究生胡惠林和卢福浩教授共同领导了这项研究，计算机与信息工程学院的张帆教授以及数学与统计学院的王沛教授在数据处理和统计分析方面提供了重要支持。这项研究得到了高等学校学科创新引智计划（D16014）的资助，为理解小麦族物种起源、多倍化过程中的能量供应机制提供了新依据，也为小麦的遗传改良和人工合成提供了全新的研究路径。
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