广泛的杂交使水稻有丝分裂基因组多样化

背景

在大多数被子植物中，线粒体的遗传是以典型的母性方式发生的。然而，关于母系及其后代之间线粒体基因组(有丝染色体组)是否存在结构变异的信息非常少。

结果

为了找到答案，稳定的水稻回交自交系（BIL）人口从十字架派生选用glaberrima/栽培稻/ /栽培稻。本研究对亲本和5个BILs的有丝分裂基因组进行了比较分析。在BILs中有普遍的结构变化，如逆转、易位、融合和裂变。重复介导的重组和非同源末端连接几乎等同于有丝分裂基因组的重排。同样，线粒体基因的相对顺序、拷贝数、表达水平和rna编辑率在BILs中也存在很大差异。

结论

这些新的发现揭开了母系遗传和可能引起水稻人口mitogenomes的异质性的一个不寻常的神秘感。当前的一件工作将极大地发展我们的工厂核质相互作用的理解以及它们在植物生长和发育过程的潜在作用。

核质相互作用在植物发育中起着至关重要的作用[1，2］．然而，植物种间或种内杂交可能导致核基因组重组，最终可能破坏细胞核相互作用的平衡。因此，维持核质相互作用的协调将决定植物的生长、发育甚至存活[3.，4］．与核基因组不同，在植物中线粒体和叶绿体通常遵循单亲本遗传[5，6］．据认为，除了一些特殊情况外，母亲遗传似乎是植物，特别是被子植物、苏铁和麻藤(裸子植物)有丝分裂基因组传播的主要方式[7，8，9］．因此，了解具有重新洗脱核基因组的母体遗传型诱发剂的适应机制变得非常重要，以在植物演化和作物驯化期间保留确定的核 - 细胞质相互作用。在这里，我们推测促使促使促使促进剂量是一种特殊的遗传机制，以应对本质上的核基因组的频繁重新排列。有趣的是，之前的报道还记录了植物群中促丝杆菌的表观分化，包括硅宾寻常的，葫芦科，和猕猴桃家庭(10，11，12，13］．有丝染色体组可能在子代中以动态方式传递，以恢复植物中核相互作用的平衡。否则，仅靠传统的母体遗传就很难解释植物物种种群中有丝染色体的丰富多样性。

水稻作为一种典型的谷类作物，是母体遗传的典型例子。一般认为籼稻主要来源于野生稻选用高产稻在仰光河中间，后来在中国北部的粳稻驯养[14，15］．然而，最近的基因组研究表明，籼稻以及粳稻源自籼稻普通野生稻同时(16，17］．这表明，如果籼稻和粳稻品种的有丝染色体严格地保持稳定的母系遗传，则其分化良好，各亚种的有丝染色体多样性较窄。然而，水稻群体不能仅仅在核水平上分化为一组亚群体[18而且在有丝分裂基因组水平上也很显著。利用32个有丝分裂型特异性分子标记分析了全球224个水稻地方品种的有丝分裂基因组[19将所有地方品种划分为20个亚群，籼稻和粳稻系均匀分布在每个支系中(补充图S1)，提示水稻有丝分裂基因组发生强烈分化[15，17］．这些特性使水稻成为研究有丝分裂基因组遗传进化模式的理想模式植物。

为了证明这一假设，我们开发了一种稳定的水稻BC₂F₁₂回交自交系(BIL)群体的线粒体基因组遗传自同一母本(o . glaberrima×o .漂白亚麻纤维卷93 - 11)。随后，构建高质量的有丝分裂基因组草图，并对母系和不同基因型BILs之间的基因组结构、基因含量、DNA重排、重复序列、基因表达和rna编辑进行分析。结果发现，有丝分裂基因组的结构和组织、基因拷贝数、表达量和RNA编辑量均存在一定差异。这些新发现改变了传统的母质遗传概念，极大地扩展了我们对植物核-细胞质相互作用的理解。

回交自交系由杂交o . glaberrima和o .漂白亚麻纤维卷表现出与母系不同的有丝分裂

在探索水稻有丝分裂基因组存在动态遗传的过程中，研究了两组BC₂F₁₂通过杂交构建回交自交系o .漂白亚麻纤维卷93 - 11o . glaberrima以品系675为母系，利用93-11和o . glaberrima作为父系分别以试图模拟大米的自然进化过程（图1a).最后，99张账单来自o . glaberrima/ 93-11 // 93-11 (P)和82份来自o . glaberrima93 - 11 / /o . glaberrima（m）是开发的。进一步分析这些BIL，用于使用线粒体特异性分子标记物中的诱导剂中的DNA多态性[19］．尽管大多数父亲和母亲的BILs被发现是与o . glaberrima，约35.4%的父系后代(图。1b)和12.2%的产妇胆汁性胆囊炎(图。1C)明显不同于他们的母系父母o . glaberrima．尽管它们从相同的母线继承，但它表明毒蛛在不同的比利亚中区分了不同的比力。

组装含有毒蛛的o . glaberrima和比尔斯

为了破译mitogenomes的结构变型中，从相同的横的BILS（o . glaberrima/ 93-11 93-11 //）被选择用于随后的分析，由于它们不同的植物身材（补充图：S2)、分化有丝分裂型(图。1b)和基因型(补充图S)3.)，经20倍以上基因组测序验证(补充表S1)．

为了确定组装的准确性，首先，有丝分裂基因组的组装草案o . glaberrima使用PACBIO与Illumina测序建造（补充表S2，S3)．It contained two scaffolds, with minimum estimates of genome size of 402,174 bp, and 44.0% GC content (Table1)．的mitogenomeo . glaberrima与优质参考有丝分裂基因组Nipponbare进行比较，发现每个bin的边界(Supplementary Fig S4一种）。PCR扩增和目标边界的外观（补充图。S4b,补充信息1)进一步提倡高可靠性o . glaberrima线粒体基因。

同样，建造了五种成熟的毒蛛组件草案（补充表S2，S3)，每个有丝分裂基因组包含2-3个支架，与母系相比GC含量基本稳定(约43%)，基因组大小从409,553 bp到441,199 bp不等，略大于母系o . glaberrima（桌子1)．促催化基因区域比非基因区域相对较稳定，基因区域的长度从1017增加到3666 bp，而非基因区域从6362增加到35,359 bp（表1），暗示非基因区作为主要原因BIL mitogenomes的扩展。预测分析显示，每一个BIL线粒体基因含有蛋白质的相同组和rRNA基因作为o . glaberrima那样，包括35个蛋白基因，3个rRNA基因，以及18个tRNA基因（补充图：S5)．

BILs的有丝染色体发生了明显的结构变异

当BIL有丝分裂基因组与o . glaberrima，成对基因组对准表明，P10，P88，P90，P91和P92中分别存在5,3,6,7和6个同源段，映射到o . glaberrima(无花果。2)．这些发现与P10，P88，P90，P91和P92中的3,2,5,6和5排雷事件分别由Grimm检测到[20.］．综合来看，P10的重排事件包括1个逆转和2个易位，P88的1个易位和1个融合，P90的4个逆转和1个易位，P91的2个逆转、3个易位和1个裂变，P92的2个逆转、2个易位和1个裂变。有丝染色体重排模式的差异和不一致表明了它们在BILs中具有很强的多样性。

虽然比对显示线粒体基因含量BILS和产妇线之间的相同，有15个基因具有增加的拷贝数在除了所述至少一个BILTRNP（TGG）显示了在不同行中复制数的巧合上升和下降(补充表S4)．此外，在BIL有丝分裂基因组中有20个新形成的基因簇(Supplementary Table S .)6）由于重排。例如，基因簇trne（ttc）-rrnl-rrn5-rrns在o . glaberrima被转换成trnE -rrnL-atp6-nad5 (TTC)在P10和P92。在P10、P91和P92中也发现了类似的变化(补充表S)6），表明促滤蛋白结构在BIL群体中全局转化。进一步的分析还证实，BIL中的所有毒素变异是从母体促毒物生成的，因为任何93-11个特异性的MTDNA片段（补充表S7）不能在BIL mitogenomes检测。

同源重组和非同源末端连接(NHEJ)对有丝分裂基因组变异同样有贡献

被子植物有丝分裂基因组的重排在很大程度上是由重复序列介导的，它们的同源重组使有丝分裂基因组成为一个多部分结构[21］．据此，我们分析了≥50 bp重复序列的类型和分布，这些重复序列被认为是植物有丝分裂基因组重排的主要原因。共鉴定到118个重复，其中大重复15个(> 1000 bp)，中间重复99个(≥50和≤1000 bp)o . glaberrima囊胚有丝分裂基因组，占有丝分裂基因组的24.14% (Supplementary Table S9)．根据重复序列和侧翼序列，将所有重复序列分为33个类型，其中2个重复序列30个，3个重复序列2个，1个10个重复序列(Supplementary Table S10)．

然后选取28个可检测到侧翼序列的双拷贝线粒体重复序列进行重组分析。由于双拷贝重复序列在重组后只生成两个产物(图。3.A)，它使它们便于检测。22］．将20kb PacBio测序库的reads与线粒体重复序列进行比对，发现BILs中相同重复序列的重复配置(重复+侧翼序列)存在巨大差异。与母系相比，P88的MRS10-cd降低到30.1%，P92的MRS5-cd增加到372.5%(补充图S6)．由此推断，同源重组(重复介导)主要发生在BIL中(图。3.b），通过QPCR分析进一步验证，P88促型MRS8-CB和MRS8-AD均为100倍以上的100倍o . glaberrima（补充图：S7)．

总体上，P91和P92的重组率较高。中间重复介导的重组在BIL有丝染色体中占主导地位，中间重复引起的变异范围明显比大重复引起的变异范围更广(图2)。3.B)，反映了中间重复在调节有丝分裂基因组结构中的关键作用。进一步分析表明，重复介导的同源重组可导致基因顺序的改变(Supplementary Fig. S .)8)，在P10和P91中显示GJ01，与BIL系基因簇变化一致(Supplementary Table S6)．

有趣的是，当我们检测重排边界重复是否过多时，不同BILs的重叠率在42 - 83%之间(图3)。3.c;补充表S.8)，表明近一半的重排事件是由非同源端连接(non-homologous end joining, NHEJ)引起的，这在决定有丝分裂基因组结构方面也起着重要作用。这与BILs中15个线粒体基因拷贝数的增加相一致(Supplementary Table S)4)，因为NHEJ通常与植物和动物的线粒体基因拷贝数有关[23，24］．对重组模式的进一步分析还表明，三分之一的逆转、一半的易位和大多数裂变事件都涉及非同源重组(Supplementary Table S .)5)．这些结果赋予非同源重组的主要驱动力线粒体基因重排的一个。

基因组变异改变BILs线粒体基因表达谱

虽然重组多发生在非基因区，但约有57.1%的编码基因位于重复序列上游或下游2 Kb内(Supplementary Table S9），表明MTDNA重组在促进剂结构和活动中的作用如家庭报告硅宾寻常的［11］．因此，我们采用转录组分析和qPCR相结合的方法来评估线粒体基因的表达谱。转录组分析显示，BILs中功能性线粒体基因的表达量为0.27 ~ 4.16倍o . glaberrima(无花果。4其中，表示ATP9，RPS19和RPS2减少到50%以上o . glaberrima，而15个基因的表达，包括ATP9，ccmB，ccmC，ccmFc，cox1，nad1，nad4L，nad6，rpl16，rpl5，rps1，RPS12，RPS3，rps4,和RPS7增加了50%以上o . glaberrima(无花果。4一种）。基因表达和重复之间的进一步相关研究表明，具有超过50％的下调和73％具有超过50％上调的基因的所有基因均与2kb内的重复相邻。QPCR分析还表明，表达水平与其基因含量呈正相关，最多2 kb近端重复（补充图。S9)，推断重复序列在调节线粒体基因表达方面的重要作用。总体来看，P91的基因表达量高于P92，其次是P10、P88和P90(图1)。4一个);确切的机理还有待查明。这反映了线粒体表达调控的复杂性。

在BILS线粒体基因表现出不同的RNA编辑模式

rna编辑在协调线粒体-核相互作用中起关键作用[25］．有丝基因组结构变异是线粒体处理细胞核相互作用的动态手段。因此，我们检测每个有丝分裂基因组中reads检测≥50次的蛋白编码基因的rna编辑位点和速率(补充信息)2)．总体而言，在编码序列中共鉴定出涉及35个线粒体基因的525个C-to-U和4个U-to-C编辑位点(Supplementary Table S)11)．值得注意的是，约有一半的编辑位点位于第二密码子，459个编辑位点与氨基酸变化相关(Supplementary Table S)11)在35个基因(补充信息1)．参照母系，上升和RNA编辑率下降的同一部位BILS之间经常观察（图4b).这在许多遗址中得到了极大的证明mttB-381编辑率为35.5％o . glaberrima而P10为50.5%，P90仅为21.7%。4b)，表明即使对不同株系中的同一位点，rna编辑也具有动态性质。

目前已知水稻编码序列中有339个线粒体rna编辑位点(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)．将这些RNA编辑位点与Nipponbare进行交叉引用，发现约143个线粒体RNA编辑位点是唯一的(表)2)．为了测试生物信息学分析的准确性，三个编辑网站（cox2-144年,mttB-354年和nad7-1110)，干扰较大，均表现出生物信息学分析预期的相似编辑模式(Supplementary Table S .)12)，表示他们的一致性。

这是对植物有丝分裂基因组变异母系遗传的首次研究，揭示了与重组后的异源核基因组相适应的细胞器基因组的新机制。通过重复介导的重组和非同源端连接(NHEJ)，传递的有丝分裂基因组显示了一个全局重排(主要发生在逆转)(图。2f)和子代发生的广泛改变(包括基因拷贝数、表达和大量rna编辑位点)。这些发现表明有丝分裂基因组的遗传是动态的，不同的后代具有不同的有丝分裂类型。令人惊讶的是，在被测的BIL品系中，表达水平并不总是与拷贝数呈正相关，这反映了线粒体应对植物核质相互作用的复杂机制。

广泛的杂交改变了后代的有丝分裂

众所周知，水稻和大多数其他高等植物的细胞质遗传通常是由母体遗传引起的。然而，越来越多关于水稻中复杂的有丝分裂的报道似乎削弱了这一观点[19，26］．在本研究中，父系mtDNA未传递给后代(补充表S7），但在BIL线mitotypes强烈分化（图2)．线粒体DNA聚类分析澄清，父本回交BIL人口比母体-BIL回交群体（图显然更加分化。1)．即使在相同的BIL群体中，父系DNA片段较多的品系mtDNA分化较强。这些发现表明，异质性核基因组可以促进有丝分裂基因组的变异，从而协调核有丝分裂基因组的相互作用，保持BIL品系的正常发育(补充图S2一种）。

常见的野生稻是栽培品种的直接祖先。具有AA-Genome的品种和野生稻可以通过在一定程度上产生杂种。当然，品种经常与野生稻的习惯重叠，特别是普通野生稻在亚洲，不可避免地导致遗传漂移[27］．同时，aa -基因组野生稻是水稻改良最重要的基因库。大量的有利基因，如Gn8.1粮食产量,Bph14和Bph15为褐飞虱[28]，Xa21和Xa23白叶枯病[29已通过与野生稻杂交转化为品种。自然和人工异交带来了野生稻和栽培品种在基因组水平上的许多遗传交换[30.］．如细胞质雄性不育所示，在像水稻这样的植物系统中，种间杂交引起的有害线粒体-核相互作用[31]， 棉 [32，油菜籽[33],高粱[34]等，核质相互作用的协调在维持植物的正常生长、育性、存活甚至物种形成中起着至关重要的作用[35］．在野生或人工杂交中，野生稻的频繁渗透不仅对核基因组进行了重组，而且还通过重排动态地对有丝染色体进行了分类。它有助于应对核元素的渗入，保持物种种群的稳定。因此，它将推动线粒体基因组的变异和进化。

线粒体基因的重组是远远重复序列

植物有一个复杂和动态的有丝分裂基因组配置[36]，更倾向于进行分子间和分子内的DNA交换[37］．对于线粒体基因，重组是其遗传变异的主要贡献者，导致化学计量变化的拷贝数，基因内重排，异质种群分子[13］．基因组重排通过同源重组和非同源端连接(NHEJ)发生，其中同源重组主要受活性重复序列的影响[37］．植物毒蛛的特征在于不同尺寸和数量的丰富重复序列。以前的报告表明，重组活性大重复是负责植物线粒体[的高度可变的结构38］．在本研究中，中间重复次数至少是大重复次数的6倍(Supplementary Table S9)．此外，与重组频率相关的中间重复明显多于大重复o . glaberrima以及胆囊炎(图。3.)，表明大多数mtDNA重组是由于中间重复。

不同于在其他植物中同源区域边界和重复的显著共现[39，40，41]，在不同的BIL有丝分裂基因组中至少检测到27%的非同源重组(Supplementary Fig. S .)3.C）。特别是对于P92，只有42％的同源性区域边界对应于重复序列，而大多数线粒体DNA重排的通过NHEJ引起的。这一事实是在以前的研究[低估21]，这反映了NHEJ起着作为同源重组的等效作用。总体而言，九逆转，九转，一个融合和两个裂变重排事件BILS进行检测。出的，只有72％逆转位点，50％易位位点，和25％的裂变位点通过同源重组事件（补充表S =生成5)．此前在植物和人类中的研究已经证实，微同源性介导的NHEJ涉及有丝分裂基因组中基因拷贝数变异的发生[23，24］．在本研究中，鉴定了15个拷贝数增加的基因(Supplementary Table S4），其与全球NHEJ在BIL线[很好地对应42］．结果表明，重复介导的重组和非同源重组在水稻有丝分裂基因组的分化中发挥了几乎同等重要的作用。

在o . glaberrima/ 93-11 // 93-11 BIL群体的分子多样性明显大于o . glaberrima93 - 11 / /o . glaberrima(无花果。1)，反映了多数细胞系有丝分裂基因组的高度一致性o . glaberrima93 - 11 / /o . glaberrima人口。虽然线粒体基因组独立地继承到一定程度时，DNA复制，RNA转录，蛋白翻译，和ATP生产不能没有精确核质互相适应工作[35］．在5个被检测的BIL品系中，有丝分裂基因组在不同水平分化(图。2)．含有较多93-11基因组片段的BIL品系P91的mtDNA重排强于含有较少93-11核片段的BIL P10(补充图S)3.)，尽管这种关系并非完全正相关。可能的理由是，当核基因组受到外来基因组的冲击时，有丝分裂基因组需要重新编程，以适应重组后的核基因组。

剂量效应和rna编辑在植物Mito-nuclear相互作用中起主导作用

自然远缘杂交是物种形成的主要动力[43种间杂交通常会由于种间隔离而导致细胞质雄性不育[44，45，46］．人工广交是模仿自然界的进化过程，选择具有优良农艺性状的优良后代的过程。图中，BIL群体的不育系在人工选择后被删除(补充图S)2)．有丝分裂基因组的分析为了解核基因组的进化趋势和适应核基因组重编程提供了一个媒介。引人注目的是，全球mtDNA重排改变了15个基因拷贝数(见表)1），并在线粒体基因（图至少20个基因簇。2;补充表S.6)．这些变化广泛地修饰了水稻线粒体的表达谱(图。4)．结果表明，剂量效应在调节线粒体核相互作用具有重要作用，但确切机制需要进一步调查。

越来越多的报告证明，rna编辑参与调节植物的生长发育[47，48］．人们认为，RNA编辑可以挽救由遗传、生理或环境因素引起的细胞器功能障碍[25］．有趣的是，529个mitogenomic RNA编辑位点在这项研究中被确定，其中，在水稻第一次（表检测143个编辑位点2)．值得注意的是，大约21.0％的编辑网站在与母线相关的BIL线中的编辑率中显示出干扰（图。4b）。在RNA编辑位点和差异BIL线率都在强烈与核异质性协议。在一定程度上，它反映了线粒体和核基因组的共同适应，因为PPR蛋白由核基因控制的RNA编辑编码。这是一个众所周知的事实是，PPR基因家族是主要负责RNA编辑，并迅速得到以及进化过程中为一体的多元化在高等植物扩大[49，50］．在考虑到动物有几个PPR部件，更小的DNA重排，和低RNA编辑[37研究表明，线粒体在机体发育过程中具有重要的能量生产功能。为了维持核质相互作用的和谐，PPR在植物中积极进化，修饰或触发细胞器转录本，以适应核基因组编码的复杂蛋白质的突变亚基。

本研究发现，由母系传递的BIL有丝染色体通过DNA重组以多种方式进行全局重编程。全球重排改变了基因组的结构、组织和基因拷贝，从而改变了基因的表达水平。同时，RNA编辑位点和编辑速率也发生了广泛的变化，并产生了剂量效应，使细胞核和线粒体之间的相互作用达到协同状态。

植物材料与培养

3个水稻系由中国农业科学院作物科学研究所傅斌英博士提供，北京100081。o . glaberrima(ICR650)由菲律宾国际水稻研究所提供，93-11由扬州农业科学院提供，江苏扬州225,007。两个公元前₂F₁₂BIL群体（ICR650 / 93-11 93-11 //和ICR650 / 93-11 // ICR650），这是由我们建造，从广泛的杂交衍生o . glaberrima×o .漂白亚麻纤维卷(ICR650 × 93-11)和母系ICR650。所有的植物都种植在武汉大学的营地，管理规范。

线粒体基因型检测

通过CTAB方法从2周龄米幼苗中提取总基因组DNA。使用mitotype特异性分子标记（MSS3，MSS5，MSS7，MSS8，MSS12，MSS13，MSS20，MSS21，MSS25，MSS27，MSS28，MSS29，MSS32，MSS33，MSS34，MSS37，MSS38，MSS39，MSS41，MSS42进行PCR扩增，MSS43，MSS44，MSS46，MSS47，MSS50，MSS51，MSS52，MSS53，MSS54，MSS55，MSS56和MSS57）[19在10 μL的最终反应混合物中，加入3.7 μL蒸馏水、5 μL 2 × Taq Plus Master Mix II (Vazyme，中国)、0.4 μL引物(10 pmole/μL)和0.5 μL基因组DNA (50 ng)。所有的反应都是设定在一个初始变性步骤5分钟(95°C), 30周期的变性30年代(95°C),退火(30年代50 ~ 60°C),和扩展(72°C 20年代~ 70年代,取决于扩增片段的大小)和最终扩展为5分钟(72°C)。扩增产物在1.5%琼脂糖凝胶上进行评价。PCR产生的每个条带作为一个单位性状，以二进制编码(1/0)进行评分。系统发育树采用邻居连接方法构建，在DPS (Data Processing System) (v17.10)中实现[51]及兆丰X [52］．树的景观外观由FigTree v1.4.3获得(http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/)．

本图施工

Total genomic DNA extracted from 2-week-old rice seedlings was sent to BENAGEN for sequencing on the Illumina HiSeq/MiSeq platform with the 400 bp paired-end library. Adapter and low-quality sequencing reads were trimmed by FastQC. Nipponbare genome (IRGSP-1.0) was downloaded from EnsemblPlants as a reference and all clean data were compared by BWA. GATK (Analysis Tools for Next-generation DNA Sequencers) v3.7.0 was used to call all SNPs. The maps of BILs were aligned and compared to their genotypes for a 15 SNP interval. Adjacent 15 SNP intervals across all BILs with the same genotype were combined into a recombination bin.

线粒体基因组测序、组装和注释

根据Heazlewood等人的描述，通过差速离心法和连续Percoll梯度从愈伤组织中分离出水稻线粒体[53］．利用CTAB从水稻线粒体中提取DNA，利用NextOmics(中国武汉)在Illumina HiSeq Xten机器上和PacBio RSII机器上进行测序，分别获得400 bp和20 kb的配对文库。

使用PacBio RSII中大于26 Kb的原始读取作为种子读取。小于26 Kb的读取由RS_PreAssembler进行修正。1protocol with default settings from the Pacific Biosciences SMRT analysis (v2.3.0) software package. In addition, the raw reads from Illumina HiSeq Xten were also used to correct the genome by pilon (−-changes --vcf --fix bases --threads 5 --mindepth 10). Mitochondrial genomes were annotated using MITOFY [54］．使用tRNAscan-SE搜索tRNA基因[55］．最后，基因组地图由OGDRAW [画56］．

93-11特殊序列检测

线粒体基因组(有丝分裂基因组)o . glaberrima使用BLASTN比对93-11 (NC_007886) [57]与20个核苷酸的字长和1.在93-11线粒体基因特异性序列的期望值萃取。

基因组rearreangement

为了鉴定代表性成对线之间的线粒体联合植被，所有线粒体基因组织使用紫红色版本2.3.1 [58的LCB临界值分别为500。根据最小重排数的成对重排距离使用GRIMM推导[20.］．

重复和重复介导的重组

重复序列用BLASTN搜索o . glaberrima有丝分裂基因组的大小为50个核苷酸，期望值为1。每个重复的副本都被编号，并根据侧翼序列进行区分[22］．仅具有两个拷贝的重复序列比1Kb的短，而不是在支架的端部被选为设计引物（补充信息1)引语5 [59)检测。

使用Mower等人所描述的方法，对只有两个拷贝且不在支架末端的有丝分裂基因组中的所有重复序列进行重复介导重组的频率评估[60］．Guo等报道的参数和计算方法[61]用于我们的分析。

一个重复配置的内容等于映射读对数除以所有重复配置的映射读对。单列重复配置的相对内容等于单列重复配置的内容除以单列重复配置的内容o . glaberrima．

重排断点和重复的邻接

以下Cole等人的方法HRBS（同源区域边界）由成对淡紫色比对验证被视为机构进行重排的网站。［21］．简言之，HRBS，这是在支架的末端，从我们的分析排除。The proportion of HRBs that was close to repeats was equal to the number of HRBs within 50 bp of repeats divided by the total number of HRBs.

RNA提取和转录组分析

采用TRIzol试剂(Invitrogen)从2周龄水稻幼苗中分离总RNA。按照Guo等人的方法，核糖体RNA的含量从总RNA中降低[62］．The Ribo-Zero™-treated organellar RNAs of all samples were sent to BENAGEN for 75 bp single-read sequencing on the Illumina HiSeq/MiSeq platform.

根据Guo等人的研究，RNA测序数据的适配器和低质量的碱基被修剪[62］．清洁读取被bowtie2 v2.3.4.1映射到线粒体基因组[63]（--no混合 - 无不和谐--gbar 1000 --end至端-k 200 -q -X 800）。RSEM v1.2.25 [64用来计算基因的FPKM。

反转录，荧光定量和RNA编辑验证

用DNA酶I（NEB）处理约4μg的RNA，通过用Superscriptii逆转录，如制造商的说明所述，通过逆转录。使用Lighcycler 480（Roche）和Sybr Green I Master PCR套件（Roche）进行实时定量PCR。

rna编辑分析

RNA编辑位点鉴定以下郭等人的方法。［62］．使用SAM工具mpileup删除覆盖深度小于50的编辑站点[65］．将含有编辑位点的cDNA连接到pMD18-T上，并将构建物共转化为pMD18-T大肠杆菌．Sanger测序时，取每个编辑位点的50个单克隆构建物，计算RNA编辑率。

所有DNA-Seq和RNA-Seq数据已上传到NCBI SRA数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra)，加入号:PRJNA598996，支持文章结论的其他数据已作为附加文件上传。种子可从通讯作者要求。

基本脉冲电平:

回交自交系

Mitogenome:

线粒体基因组

NHEJ：

异源端加入

HRBS：

同源区域边界

我们感谢傅斌英博士提供本文所使用的3k水稻品种。

国家重点研发计划项目(no . 2016YFD0100903);国家转基因研究计划项目(no . 2016ZX08001004-001-002);国家自然科学基金项目(no . 31571630);资助方不参与研究设计、数据分析和解释以及手稿撰写，只是提供资金。

从属关系

1. 重点实验室的研究杂交水稻国家重点实验室，并在农业部，工程技术研究中心植物生物技术和教育部，生命科学，武汉大学学院的种质资源利用，武汉，430072，中国的籼稻杂种优势利用

   杨伟龙，邹嘉宁，王佳佳，李能武，罗晓云，江晓芬，李少青

贡献

设计并进行了实验，进行了生物信息学分析，并起草了手稿。JNZ参加了指导和执行一些实验。JJW，NWL，XYL和XFJ参与了数据分析和照顾植物材料。SQL作为相应作者，提供了这个研究的想法和设计了这项研究的框架，并修改了手稿。所有作者阅读并认可的终稿。

作者的信息

WLY，JNZ，JJW，NWL，XYL XFJ和SQL都来自杂交水稻的国家重点实验室，农业部籼稻籼稻的研究和利用重点实验室，植物生物技术工程研究中心和地质利用武汉大学生命科学学院教育，武汉430072。

相应的作者

对应到Shaoqing李．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版物

不适用。

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

出版商的注意事项

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。

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