我校伟徳国际官网登录入口田大成/楊四海團隊在突變研究中取得進展，研究成果Repeat-induced point mutation in Neurospora crassa causes the highest known mutation rate and mutational burden of any cellular life在國際期刊Genome Biology在線發表。我校楊四海教授及Bath大學的Laurence教授是該論文的通訊作者，王龍副教授及博士生孫瑩瑩和孫曉光是該論文的共同第一作者。
性的起源與演化從達爾文時代就引起人們廣泛的關注。有性繁殖方式的資源消耗遠高于無性繁殖，但真核生物卻偏好性的選擇有性生殖作為其主要的繁殖方式，其演化的優勢究竟在何處，一直以來是進化研究領域最重要科學問題之一。經典假說從降低有害突變率的角度對此進行了解釋，認為有性生殖通過同源染色體的重組，能夠有效的避免有害突變在種群内的積累。該理論假設，采取有性生殖方式的物種其基因組每個世代産生的有害突變數量不低于1，有性生殖對于清除有害突變的貢獻将高于其自身的資源投入，從而被選擇所青睐，這是長期進化選擇的一個結果。但該假說很難直接證明。另外一種長期被忽略的證明思路是，考慮該假說是否存在反例——例如能否找到某個物種，其有性生殖恰恰是導緻高突變産生的原因？通過系統性的分析與研究，研究團隊發現粗糙脈孢菌（Neurospora crassa）正是具有這一特殊現象的物種，其對前述假說提出了挑戰。
脈孢菌物種兼具無性生殖及有性生殖兩種繁殖方式，在其有性生殖過程中，存在特殊的重複序列誘導的點突變（Repeat Induced Point mutation，簡稱RIP）現象，能夠特異性識别并突變基因組中的重複序列。該現象雖然早已發現，但相關研究僅局限于外源引入的特定片段，至今尚未明确該現象在脈孢菌全基因組中扮演的角色。通過系統的構建有性雜交組合（圖1a）并進行基因組測序，研究人員首次對脈孢菌全基因組中的突變進行了精确檢測，并與無性過程以及RIP缺陷菌株的有性過程進行了比較（圖1b）。研究人員發現：（1）在有性生殖過程中，脈孢菌基因組确實存在典型的RIP現象，即在重複區域有明顯的成簇的C->T(或G->A)方向的突變，并且發生在單鍊上；（2）然而實際上隻有少部分重複序列存在RIP現象，大部分重複序列并未檢測到成簇突變的産生；（3）更為意外的是，在非重複序列（例如很多基因序列）當中也檢測到了突變率的明顯提升，并且這些突變很多并不具有明顯的RIP特征，表明與RIP可能不存在直接的關聯。這些結果表明，脈孢菌基因組中編碼區域每代的突變數量達到了5，遠高于人類或其他物種當中的觀測值（圖2），這一例外對很多性演化經典學說的前提假設提出了挑戰，啟示我們，可能有更多因素在繁殖方式的選擇中起到了重要的作用。
圖1.實驗設計與材料方案。(a)脈孢菌有性及無性周期示意圖及取樣策略；(b)選取的菌株遺傳背景關系圖。
這一研究不僅為性演化相關假說的定量檢驗提供了線索，而且強調了基因組層面的突變研究對于了解物種演化規律的重要性，為了解基因組演化動力和突變分子機制打下了基礎。
圖2.脈孢菌有性生殖周期突變率的特殊性。目前為止對突變率的研究表明:(a)全基因組突變率與基因組大小在真細菌中呈現負相關、而在真核生物中呈現正相關關系；(b)編碼區域的突變率與基因組大小在絕大多數物種中呈現正相關關系。在這幾種關系中，脈孢菌有性周期的突變率(圖中S所示)均顯著偏離一般規律。
該研究得到國家自然科學基金項目（No. 31671322, No. 31970236, No. 31870205, 和No. 31601041）的支持。該研究的順利實施，也得到伟徳国际官网登录入口仙林校區作物分子遺傳實驗站的支持。