今天讀了一篇綜述很有趣，把關(guān)鍵知識點(diǎn)記錄一下。

1. 多倍化分為同源多倍化和異源二倍化，區(qū)分兩者的關(guān)鍵且唯一之處是 multisomic inheritance。

Differences in pairing behavior are often used to distinguish the two major categories of polyploid species, allopolyploids and autopolyploids. Distinguishing allo- and autopolyploids by pairing behavior is considered to be the genetic classification of polyploid species. In allopolyploids, divergence between the parental taxa is expected to limit pairing among the homoeologous chromosomes, and the homologous chromosomes are expected to form pairs of bivalents during meiosis. In contrast, autopolyploids are expected to have homologous chromosomes that form either bivalents or multivalents. The bivalent pairing expected to occur in allopolyploids should lead to mostly disomic inheritance (i.e., two alleles at each of two distinct loci), whereas autopolyploids are expected to have multisomic inheritance (i.e., multiple alleles at a single locus). It is important to point out that even though strictly bivalent pairing can occur in some autopolyploids, random segregation of homologous chromosomes during meiosis can result in multisomic inheritance. Therefore, multisomic inheritance is a unique feature that can define autopolyploids.
ps:實(shí)際上這種分類學(xué)角度的定義很有問題，因?yàn)殡S著時間，基因組會動態(tài)演化。曾經(jīng)是同源多倍體的狀態(tài)會變成異源二倍體，這點(diǎn)綜述作者也提到了：兩者的區(qū)分是依據(jù)情況而定的。但這個定義是基于當(dāng)下狀態(tài)的，當(dāng)我們探討其真實(shí)起源時，多倍體其誕生之時到底是異源還是同源是既定事實(shí)，這時候?qū)@次加倍的定義就需要使用基于演化分析的策略來區(qū)分兩者，能清楚找到兩個或多個祖先的即為異源，反之為同源。

2. mixosomic inheritance

定義倍性不能同源異源非此即彼，實(shí)際上兩者是亞基因組分化的兩個極端，很多時候兩者間還有中間狀態(tài)： mixosomic inheritance，即在染色體配對觀測中，發(fā)現(xiàn)既有二價配對也有多價配對的狀態(tài)。添加這個概念對于理解二倍化很有必要，因?yàn)椴⒎撬卸啾扼w都經(jīng)歷同一模式的二倍化。例如，如果一個多倍體物種出生時具有類似二倍體的雙價配對和二價體遺傳，那么這些同源染色體正在進(jìn)行的基因組進(jìn)化真的是常規(guī)概念上的二倍化嗎?它是否等同于多價同源四倍體中的二價配對進(jìn)化? 所以對近期和古代多倍體基因組的二倍體化分析需要更好地了解物種的起源，測定其起源時間，以評估這些基因組中哪些是真正在二倍體化，哪些不是。

3. 二倍體化 diploidization

簡單定義就是多倍體向二倍體狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。陸生植物的演化歷程里經(jīng)歷了若干獨(dú)立的“加倍-二倍化-再加倍-再二倍化”循環(huán)的狀態(tài)。
Although many mechanisms of genome evolution contribute to diploidization, it can be broadly described as involving two major and largely independent processes: cytological diploidization and genic diploidization/fractionation. Cytological diploidization occurs via sequence divergence, chromosomal rearrangements, fission, fusion, and other large-scale chromosomal evolution events that produce significant changes in genome structure and eventually lead to diploid-like chromosome pairing behavior during meiosis. During fractionation, many genes duplicated during the WGD event are lost, and only a subset of genes are retained as paralogs over time. These two processes occur largely independently of each other and at different rates, yielding a diversity of genomes with different patterns of diploidization following polyploidy across lineages.
ps: 這解釋了我一直以來的一個疑問，即染色體序列水平上觀測到的加倍痕跡與同源基因水平識別到的共線性水平并不一致，原來這是因?yàn)閮蓚€水平上的二倍化速率不一致導(dǎo)致的。通常染色體水平上二倍化要更快，當(dāng)然這很好理解，速率不快的都已經(jīng)因?yàn)闇p數(shù)分裂異常被淘汰了。基因上的重復(fù)則沒有那么極端致命，相對冗余的劑量優(yōu)勢有時反而是優(yōu)勢。

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4.二倍化完成的標(biāo)志是什么？

回答這個問題并不能統(tǒng)一而論。首先要區(qū)分同源異源或中間狀態(tài)，它們的二倍化模式是有差別的，例如同源多倍體更傾向于大規(guī)模的染色體重組丟失，而異源多倍化則可以通過亞基因組優(yōu)勢使兩套亞基因組更長久地相對共存。至于二倍化完成的標(biāo)志是什么，這仍是一個懸而未決的科學(xué)謎題。
成功的bivalent pairing and disomic inheritance，或者 meiotic stability， 是生物學(xué)二倍化的重要標(biāo)志。
ps：我自己的思考：有兩個角度的序列分析或許可以解決這個問題：a, 比較多倍體及其祖先狀態(tài)的序列特征，例如四倍體和其二倍體的比較，理論情況下，二倍體祖先狀態(tài)就是四倍體二倍化完成的理想狀態(tài)；同樣，異源多倍體兩個祖先種之間非冗余的序列集合，也或許是多倍體二倍化完成的終極目標(biāo)。但其局限很明顯，沒有考慮真實(shí)環(huán)境下的演化過程。b，大量經(jīng)歷同一次加倍的物種/個體的細(xì)胞學(xué)調(diào)查，尤其是對于同源多倍化（現(xiàn)今古多倍化大部分被默認(rèn)為同源多倍化）而言，其細(xì)胞學(xué)層面的二倍化往往非常迅速，而整個科屬經(jīng)歷一次多倍化的類群比比皆是，自然選擇下它們二倍化的程度也各不相同，比較它們之間的異同對于理解二倍化的完成標(biāo)志很重要。但我內(nèi)心來說，這個問題本身或許也是個偽命題，或許壓根沒有二倍化的終點(diǎn)，基因組時刻在動態(tài)演化，某個狀態(tài)的完成似乎是沒有必要去界定的。但假如非要給一個界定的話，能夠穩(wěn)定地減數(shù)分裂，具有競爭優(yōu)勢地遺傳繁殖應(yīng)該是一個理想標(biāo)志，而這很難通過細(xì)胞學(xué)或者單一的序列分析去解決。但何種程度的序列或結(jié)構(gòu)差異下，減數(shù)分裂能夠在一定比例上正常進(jìn)行了，或許是一個有些價值的科學(xué)問題，研究表明，太多或者一次沒有的染色體間crossover會讓減數(shù)分裂不穩(wěn)定，只有單次的同源染色體間的crossover會讓減數(shù)分裂穩(wěn)定下來。因此對于同源多倍體而言，同源染色體間只存在一次crossover或許是一個可量化的很好的指標(biāo)。但總的而言，與其討論二倍化何時完成，不如換成另一個相近但更有科學(xué)意味的問題：二倍化的底層機(jī)制是什么，即基因組以何種模式二倍化，為什么？

5.基因水平的二倍化機(jī)制

幾個比較有趣的結(jié)論:
a, 基因的丟失是主要模式;多倍化之后的基因丟失稱之為fractionation。
b, 基因丟失中，又以非法重組illegitimate recombination為主。高頻的非法重組，有時會收到TE促進(jìn)，但都是fractionation and genome size reduction的重要推動力量。
c, 一些重組頻率低的區(qū)域，如著絲粒周圍，則會形成較多假基因，這種功能上的丟失也可看作一種“丟失”。假基因在陸生植物中很普遍，但并不是多倍化后fractionation的主要模式，非法重組造成的丟失才是主要模式。假基因在脊椎動物里反而是fractionation的主力，這或許是因?yàn)槠湎鄬χ参飦碚f，脊椎動物基因組更不容易重組，這個特性使得脊椎動物二倍化速率緩慢，更不容易解決基因劑量
d, 異源多倍體或古同源多倍體中，biased fractionation 會引起 subgenome dominance，即某一套亞基因組上的基因表達(dá)程度普遍偏高。這與TE的分布和甲基化相關(guān)。某套亞基因組中，TE密度高且甲基化程度高的話，其周邊的基因會被附帶著影響從而整體表達(dá)程度偏低，而不占據(jù)主導(dǎo)。
e, 多倍化后重復(fù)基因保留有幾種假說，其中一種是劑量效應(yīng)假說，這個假說認(rèn)為，具有更多相互作用伙伴如轉(zhuǎn)錄因子的paralog會更容易被保留下來，因?yàn)樗鼈円餐饔门浜闲纬商囟ɑ戏磻?yīng)。而伙伴少的拷貝則因?yàn)楣δ艿南鄬θ哂鄷菀妆磺宄?。還有兩種假說 neofunctionalization (i.e., a gene copy acquiring a novel function) or subfunctionalization (i.e., each gene copy retaining part of the original function) 。
f, 整體來看，多倍化后的基因fractionation 必然發(fā)生，且并不隨機(jī)。保留的問題即是什么因素影響了gentic fractionation從而決定了重復(fù)基因的命運(yùn)。無論什么因素，顯然都不是單一的，而是一套復(fù)雜的機(jī)制在起作用。

6.二倍化速率

經(jīng)歷不同加倍的不同類群間速率不同；經(jīng)歷同一次加倍的不同類群也不同。
不同類群間的二倍化模式也不同。
速率差異看起來跟加倍時間有關(guān)系，但不大.
具體什么推動二倍化，并使得二倍化速率差異，未知。

Reference: Li, Zheng et al. “Patterns and Processes of Diploidization in Land Plants.” Annual review of plant biology vol. 72 (2021): 387-410. doi:10.1146/annurev-arplant-050718-100344.