葡萄驯化过程中细胞核-细胞器基因组互作机制及NUMTs驱动的协同进化研究

来自国内的研究人员通过构建33个野生和栽培葡萄品种的长读长泛线粒体组、泛质体组及单倍型解析核基因组，揭示了葡萄驯化过程中细胞核-细胞质互作动态。研究发现线粒体基因组结构变异导致cox和rpl基因复制，NUMTs在栽培葡萄中受强选择且丰度更高，而NUPTs在野生葡萄中占主导。通过GWAS鉴定到84个核-线粒体互作候选基因，其中PFD1基因通过调控线粒体相关信号通路发挥作用。该研究首次提出NUMTs促进葡萄驯化中细胞器-核基因组协同进化，为作物遗传改良提供新思路。

　　

在植物演化过程中，细胞器基因组（线粒体和叶绿体）与细胞核基因组持续进行着遗传物质交流，形成核基因组中的线粒体来源片段(NUMTs)和质体来源片段(NUPTs)。最新研究通过长读长测序技术构建33个葡萄品种的多组学图谱，发现葡萄驯化过程中线粒体基因组发生显著结构变异，导致细胞色素c氧化酶(cox)和核糖体蛋白(rpl)基因的特异性复制。

深入分析揭示212-431个NUMTs和95-205个NUPTs的转移特征，其中NUMTs在栽培葡萄中呈现强选择信号，而NUPTs在野生种中更丰富。通过全基因组关联分析(GWAS)鉴定到84个核-线粒体互作基因，特别是发现前折叠素亚基PFD1作为信号调控枢纽，协调线粒体特异性信号转导。有趣的是，NUMTs富集区域存在更多互作基因，暗示这些转移片段可能作为"基因组桥梁"介导细胞器与核基因组的对话。

该研究不仅阐明NUMTs在作物驯化中的进化驱动力，更为理解植物细胞核-细胞器协同进化提供了新视角，对作物遗传改良具有重要指导意义。