廣東
長久以來，生物的遺傳信息一直被認(rèn)為“鎖”在染色體中。然而近年來的研究表明，真核生物擁有一套獨立于染色體之外的“隱藏密碼”——染色體外環(huán)狀DNA（eccDNA），它已被視為基因組可塑性的新興標(biāo)志之一。
近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)徐國華教授團(tuán)隊鐘山青年研究員倪涵芳博士為第一作者，徐國華教授與美國德州理工大學(xué)Luis R. Herrera-Estrella教授為共同通訊作者的團(tuán)隊，在雙方合作研究氮、磷脅迫下水稻eccDNA適應(yīng)性動態(tài)（發(fā)表于《Nature Communications》）基礎(chǔ)上，在國際權(quán)威期刊《Trends in Plant Science》發(fā)表了題為《植物eccDNA：基因組可塑性與逆境適應(yīng)的驅(qū)動者》（Plant eccDNA as drivers of genome plasticity and stress adaptation）的綜述論文。該文系統(tǒng)闡述了植物eccDNA作為獨立遺傳元件的核心作用，為理解植物對非生物脅迫的快速適應(yīng)機(jī)制與進(jìn)化過程提供了兼具創(chuàng)新性與前瞻性的獨特視角。
研究表明，eccDNA能夠主動參與基因調(diào)控、基因組進(jìn)化及環(huán)境應(yīng)答。在面對營養(yǎng)缺乏、除草劑、干旱等非生物脅迫時，eccDNA能通過多種機(jī)制（如驅(qū)動基因拷貝數(shù)變異、參與轉(zhuǎn)座子活躍事件）迅速介導(dǎo)變異，為植物提供即時或可遺傳的適應(yīng)能力，成為了超越傳統(tǒng)染色體遺傳的進(jìn)化新途徑。該論文梳理了植物領(lǐng)域eccDNA研究的發(fā)展脈絡(luò)，具體闡釋了eccDNA參與植物非生物逆境脅迫應(yīng)答的五大功能途徑，包括源自轉(zhuǎn)座子、基因、重復(fù)序列的eccDNA，以及可介導(dǎo)水平基因轉(zhuǎn)移、驅(qū)動拷貝數(shù)變異的eccDNA（如圖）。
針對植物eccDNA生成機(jī)制的解析，該論文勾畫了當(dāng)前已知的eccDNA形成途徑，包括同源重組（HR）、非同源末端連接修復(fù)（NHEJ）及選擇性末端連接修復(fù)（Alt-EJ），并探討了不同環(huán)化機(jī)制研究的可選技術(shù)范式。此外，結(jié)合第三代測序技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析與人工智能飛速發(fā)展的時代背景，該論文剖析了植物eccDNA研究目前存在的局限，繼而指出未來研究應(yīng)聚焦于解析脅迫條件下eccDNA的精確累積機(jī)制、細(xì)胞間傳遞方式及跨代遺傳規(guī)律，并探索其應(yīng)用價值。
解鎖這套天然的“隱藏密碼”，通過人工干預(yù)或利用這一原生系統(tǒng)，培育養(yǎng)分資源高效利用的、能應(yīng)對氣候劇變的“智慧作物”，或?qū)⒊蔀樽魑镌O(shè)計育種的新策略。
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