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        我國科學家破解秋海棠屬多樣性形成及適應性進化機制

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          近日,由深圳市仙湖植物園和華大生命科學研究院牽頭完成的秋海棠屬植物基因組取得重要研究成果,成功破解了秋海棠屬多樣性形成及適應性進化機制。
          秋海棠屬植物種類超過2000種,是目前世界上已知物種多樣性最為豐富的植物類群之一,因此備受全球科學家關注。深圳市仙湖植物園目前收集保育400余種秋海棠屬植物種質資源,是國內該屬植物種質資源收集最多的單位之一。
          據中國野生植物保護協會秋海棠專業委員會副主任、該園植物研究中心李凌飛博士介紹,由該園張壽洲研究員和華大生命科學研究院劉歡研究員領銜的研究團隊,通過與中國科學院西雙版納熱帶植物園、中國科學院植物研究所、英國愛丁堡皇家植物園、新加波植物園等國內外科研院校合作,完成了桑寄生狀秋海棠、鐵十字秋海棠、黑武士秋海棠和盾葉秋海棠的全基因組組裝和74個全球代表性種類的淺層基因組測序。
          基因組組裝完成后,需要通過評估來衡量基因組組裝的完整度。一般超過80%以上就可認為組裝質量較好。“我們的秋海棠組裝質量非常好,最低達到91%以上。高質量的基因組組裝為秋海棠屬植物功能基因組學研究以及分子育種培育新優品種提供重要的參考。”李凌飛說。
          全基因組加倍事件是指在物種受到外界環境脅迫后,染色體會發生加倍事件,簡單說就是染色體倍性增加,比較常見是從原先的二倍體變成四倍體或六倍體。
          該團隊在研究中發現,大約在3500萬年前,秋海棠屬植物經歷的一次特有的全基因組加倍事件,正處于全球氣溫快速降溫的關鍵時期,這可能為秋海棠屬植物祖先適應新的生存環境和形成多樣化提供了非常重要的條件。因此,全基因組加倍事件,對秋海棠屬植物多樣性演化和耐陰適應性具有重要貢獻。
          此外,研究發現雜交與基因漸滲對秋海棠屬植物多樣化形成同樣具有相當貢獻度,尤其在美洲分布的類群,祖先可能發生了多次雜交事件。“該成果為揭示秋海棠屬植物多樣性形成及適應性進化提供了新的見解,并為秋海棠屬植物后基因組學研究提供了重要的參考。”李凌飛說。
          李凌飛認為,全基因組加倍事件發生后,很多與光合作用及能量代謝相關的基因得以保留與富集,并且發現與紅光、藍光及紫外光接收有關的受體基因均保留了多個拷貝,且部分已經發生了的功能分化,對秋海棠屬植物適應陰生環境、提高光合利用率具有重要意義。
          “植物在光線不足的環境下往往表現出徒長現象。在農作物種植過程中,需要通過合理密植來規避光線不足對產量的影響。我們研究鑒定得到的光受體及捕獲相關的基因資源,為今后作物產量的提高,提供了新的育種思路。”李凌飛說。
          據悉,該研究還發現,轉座子在秋海棠屬植物基因組中占有很大比例,且種間特異性較高,不同種之間活躍的轉座子類型與數量均存在明顯的差異。
          轉座子在功能基因啟動子及內含子等不同位置插入的模式及數量在不同物種之間存在明顯的差異,且偏向插入到一些與脅迫反應相關的基因,從而揭示了轉座子與秋海棠物種的形成及適應性關系十分密切。
          該研究結果近日以仙湖植物園植物研究中心李凌飛博士、董珊珊博士和華大生命科學研究院陳曉麗博士、方東明副研究員、郭興博士等人為論文共同第一作者,在植物學領域國際權威刊物《新植物學家》上發表。此項研究同時獲得了國家重點研發計劃項目、深圳市城管局科研項目等支持。

        秋海棠

        2022年4月6日 15:06
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