基因组进化与生物多样性

通过杂交和多倍体化的进化
种间杂交种和多倍体在植物界很突出。大多数真核生物物种是几千万年前基因组加倍(古多倍体)的结果。芽殖酵母、拟南芥或玉米都是如此。其他物种是年轻的多倍体。例如,面包小麦是一种六倍体,它的基因组是由三个二倍体祖先A、B和D基因组组成的杂交。大约50万年前,A和B基因组合并形成四倍体小麦(例如二粒小麦和硬粒小麦,基因组AABB)。六倍体面包小麦(基因组AABBDD)是在大约9000年前由四倍体AABB与小麦的二倍体DD基因组杂交而成。
多倍体可以在一夜之间发生,例如,通过种间杂交,然后通过未减少的配子基因组加倍。因此,这是产生新物种最有效和快速的方法之一,也是植物基因组进化的驱动力。如果提供杂种优势和可塑性的杂交和多倍体是如此方便的快速进化方式,为什么不是所有物种都是杂种或多倍体?为什么这些物种在形成后不久就要经历二倍体化(消除一些重复的基因和二倍体的遗传行为)的过程?
我们正在研究杂交和多倍体在进化中的利弊,研究复杂的有机体,如小麦(与Moshe Feldman教授合作)和更简单的单细胞系统,芽殖酵母(与Naama Barkai合作)。在小麦中,我们发现主要的遗传和表观遗传修饰发生在新形成的杂种和多倍体中,以及潜在的有害的沉默转座子的重新激活。在酵母中,我们发现,由于新的顺反相互作用,酿酒酵母和悖论酵母之间的杂种优势经历了基因表达的重大重组,我们进行了遗传筛选,以确定基因和潜在的杂种优势原则。酵母的快速生长似乎是以牺牲细胞周期检查点为代价的,这些检查点有助于基因组的完整性,以牺牲防御机制为代价,以增加杂交体的呼吸作用为代价,以通过发酵产生乙醇为代价。
小麦生物多样性
我们正在研究小麦的生物多样性。我们对这一主题的兴趣是多方面的:我们有兴趣了解小麦群体在野生种群和驯化品系中生物多样性的机制。我们关注遗传和表观遗传多样性与适应的关系,小麦驯化过程中选择的遗传变异类型,提出了小麦保护策略,即野生小麦和地方小麦的原位和迁地保护。最后,我们有兴趣利用这种多样性来提高小麦的产量和品质。最近,我们与特拉维夫大学合作,完成了一个小麦种群的收集,这个种群已经被研究了30年。该群体的基因分型将提供一个独特的见解,以了解一个野生群体的遗传组成的动态和这种遗传变异可能的适应价值。