近日，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所副研究員張?bào)w操聯(lián)合西藏大學(xué)、云南大學(xué)及國(guó)外多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)青藏高原特有分布的須彌芥進(jìn)行了基因組適應(yīng)性進(jìn)化研究，為青藏高原植物適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制提供了新的線索。相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》。
據(jù)了解，須彌芥原本歸在擬南芥屬，1999年Ihsan Al-Shehbaz教授將其從擬南芥屬中獨(dú)立出來(lái)。中科院院士吳征鎰?wù)J為須彌芥是擬南芥屬在青藏高原特殊環(huán)境下能夠適應(yīng)高海拔極端環(huán)境的特化類群。因此，作為擬南芥的近緣物種，須彌芥有望成為極端環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化的新模式植物。在之前的研究中，團(tuán)隊(duì)利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)須彌芥的基因受到明顯的自然選擇作用。
張?bào)w操團(tuán)隊(duì)利用二代和三代高通量測(cè)序技術(shù)，組裝得到了234.72Mb的須彌芥基因組，包括27019個(gè)預(yù)測(cè)的基因。同時(shí)他們利用4586個(gè)直系同源基因進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)須彌芥與薺菜最近緣，分化時(shí)間大約為8.8—12.2個(gè)百萬(wàn)年，而與擬南芥屬分化時(shí)間約為12.7-17.2個(gè)百萬(wàn)年。
研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原在上新世晚期至更新世快速隆升之后，須彌芥的LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子發(fā)生了明顯的擴(kuò)張，這可能與隆升后的環(huán)境適應(yīng)有關(guān)。通過(guò)與近緣物種相比較，須彌芥基因組中抗病相關(guān)的基因家族發(fā)生了明顯縮減，可能與青藏高原病原菌較少有關(guān)。同時(shí)，須彌芥中擴(kuò)張的基因家族和受到強(qiáng)烈自然選擇的基因都與泛素介導(dǎo)的蛋白水解和DNA損傷修復(fù)有關(guān)。這兩個(gè)途徑都是屬于綜合的抗逆過(guò)程，對(duì)于青藏高原復(fù)雜多變的特殊環(huán)境可能起到重要作用。
張?bào)w操說(shuō)：“須彌芥與自交親和性相關(guān)的雄蕊識(shí)別SCR基因變成了假基因，雌蕊識(shí)別SRK基因完全丟失，這是導(dǎo)致須彌芥自交親和的根本原因，也有可能是適應(yīng)青藏高原傳粉昆蟲(chóng)少的一種策略。”
研究還發(fā)現(xiàn)在青藏高原的適應(yīng)機(jī)制上，植物與動(dòng)物在DNA修復(fù)途徑、抗病途徑方面有相似點(diǎn)，但它們?cè)谥参镒越挥H和性、植物激素途徑方面存在不同。
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