世界上许多重要作物的基因组异常复杂，这些基因组是通过多次全基因组复制和杂交产生的。这些所谓的多倍体基因组包含来自不同祖先物种的多组染色体。然而，确切确定这些基因组是如何组装起来的，尤其是当原始祖先物种已经灭绝或未知时，通常非常困难。一项新研究介绍了一种全基因组的方法，用于解开这些复杂的遗传历史。该方法利用了长末端重复逆转录转座子留下的进化特征，这是一种移动DNA序列。通过比较这些元素在染色体间的相似性模式，研究人员可以识别出不同的亚基因组并估计主要基因组合并事件发生的时间。在应用于栽培的八倍体草莓时，该技术揭示了一步一步由多轮异源多倍性塑造的进化历史，为了解复杂植物基因组如何在数百万年中形成和多样化提供了新的见解。 多倍体基因组为何难以解读 全基因组复制在植物进化中起着重要作用，有助于推动创新、适应以及许多作物物种的出现。在异源多倍体植物中，染色体组源自不同的祖先基因组。这些染色体组，被称为亚基因组，继续在原始杂交事件之后演变和相互作用。识别这些亚基因组对于理解一个物种的演化至关重要。传统的方法通常依赖于将多倍体基因组与已知的二倍体祖先进行比较。问题在于，许多祖先物种要么已经灭绝，要么尚未被识别。可变元件提供了另一种信息来源。长末端重复逆转录转座子在特定进化谱系中以特征性模式累积，保存了过去事件的分子证据。尽管科学家们早已认识到其潜在价值，但将这些模式转化为准确亚基因组分配的可靠方法仍然有限。因此，需要新的工具来重建多倍体基因组的进化，而不依赖于已知的祖先物种。 新方法重建基因组历史 美国农业部及其合作机构的研究人员在《园艺研究》杂志中描述了这样一种工具。该团队开发了一种生物信息学框架，能够重建复杂多倍体基因组的进化历史。为了演示该方法，他们重新审视了栽培的八倍体草莓（Fragaria × ananassa）。通过利用从长末端重复逆转录转座子构建的序列相似性矩阵，研究人员澄清了草莓的亚基因组结构，并发现了对现代物种有贡献的多次古老基因组合并事件。这些发现有助于解决关于草莓进化起源的长期问题。该框架遵循基因组进化的三个广泛阶段：在祖先物种分化之前、在它们各自独立的进化历史中以及在它们的基因组合并之后。逆转录转座子在分化期扩展时保留了特定亚基因组独有的特征。通过计算这些元素在染色体之间的相似性矩阵，并检查它们在不同相似性阈值下的聚类方式，研究人员生成了他们所称的“序列相似性矩阵”。这种方法捕捉了在不同时间段内累积的进化信号。 在作物中测试这种方法 在将该技术应用于草莓之前，团队在研究良好的异源多倍体作物中进行了测试，包括苜蓿和棉花。在这两种情况下，该方法成功地区分了已知的亚基因组，并分离了在多倍化之前和之后发生的事件。研究人员还使用人工构建的多倍体基因组评估了该方法。这些测试确认该方法对分化时间和可变元素的丰度都敏感。 草莓基因组揭示了什么 当该方法应用于八倍体草莓时，它识别出了四个独特的亚基因组，并揭示了大约310-420万年前、190-310万年前和80-190万年前发生的三个连续异源多倍化事件的证据。这些结果支持两个草莓亚基因组与草莓（Fragaria vesca）和草莓（Fragaria iinumae）物种之间的密切进化关系。同时，这些发现对之前提出的额外二倍体祖先物种的模型提出了挑战。根据分析，草莓基因组的一些贡献者可能已经灭绝或尚未被取样，这突显了多倍体基因组进化的复杂性。“这项工作展示了可变元素如何作为嵌入植物基因组的进化时间戳发挥作用，”