近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所副研究員張體操聯(lián)合西藏大學(xué)、云南大學(xué)及國外多個(gè)實(shí)驗室，對青藏高原特有分布的須彌芥進(jìn)行了基因組適應性進(jìn)化研究，為青藏高原植物適應極端環(huán)境的分子機制提供了新的線(xiàn)索。相關(guān)研究結果在線(xiàn)發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》。
據了解，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)境下能夠適應高海拔極端環(huán)境的特化類(lèi)群。因此，作為擬南芥的近緣物種，須彌芥有望成為極端環(huán)境適應性進(jìn)化的新模式植物。在之前的研究中，團隊利用轉錄組數據發(fā)現須彌芥的基因受到明顯的自然選擇作用。
張體操團隊利用二代和三代高通量測序技術(shù)，組裝得到了234.72Mb的須彌芥基因組，包括27019個(gè)預測的基因。同時(shí)他們利用4586個(gè)直系同源基因進(jìn)行系統發(fā)育分析，發(fā)現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，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反轉錄轉座子發(fā)生了明顯的擴張，這可能與隆升后的環(huán)境適應有關(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)，須彌芥中擴張的基因家族和受到強烈自然選擇的基因都與泛素介導的蛋白水解和DNA損傷修復有關(guān)。這兩個(gè)途徑都是屬于綜合的抗逆過(guò)程，對于青藏高原復雜多變的特殊環(huán)境可能起到重要作用。
張體操說(shuō)：“須彌芥與自交親和性相關(guān)的雄蕊識別SCR基因變成了假基因，雌蕊識別SRK基因完全丟失，這是導致須彌芥自交親和的根本原因，也有可能是適應青藏高原傳粉昆蟲(chóng)少的一種策略。”
研究還發(fā)現在青藏高原的適應機制上，植物與動(dòng)物在DNA修復途徑、抗病途徑方面有相似點(diǎn)，但它們在植物自交親和性、植物激素途徑方面存在不同。
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