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高质量参考基因组揭示菟丝子寄生习性演化

来源:互联网时间:2018-07-12

寄生植物独特的起源、演化和特殊生理生态长期以来吸引着众多研究者的目光。中国科学院昆明植物研究所研究人员以南方菟丝子为对象,通过全基因组和转录组测序,最新获得了首个寄生植物高质量参考基因组。研究结果已在线发表于《自然通讯》杂志。

  自然界绝大部分植物都通过叶片的光合作用和根部的水分和营养吸收维持自养生存,而寄生植物则是一类通过寄生在自养植物上获取能量和营养的植物。旋花科茎寄生植物菟丝子寄生行为在实验室中方便控制和观察,近年来已成为探索寄生植物生理生态和进化生物学的重要研究对象。

  为了解密菟丝子属植物的演化,同时也为以菟丝子为模型的寄生植物生理生态研究提供重要资源和基础,中国科学院昆明植物研究所吴建强研究组利用纯三代测序技术,获取了高质量南方菟丝子参考基因组,他们结合基因系统发育分析与共线性分析,发现菟丝子属与番薯属植物的共同祖先在约750万年前经历了一次全基因组三倍化加倍事件,神奇的是,随后菟丝子又经历了快速进化以及大规模的基因丢失。他们发现自养植物中保守的基因约11.7%在菟丝子基因组中发生了丢失,而丢失基因大部分与光合作用、根和叶的功能与发育、植物抵御逆境与胁迫和基因的转录调控等相关。这些在自养植物中非常重要的基因在菟丝子中的丢失,很可能与它的根与叶片的退化相关。菟丝子的寄生习性,离不开特有器官吸器的演化。

  结合转录组数据、基因选择压力分析和基因家族扩张分析,研究者还找到了一系列可能与吸器功能和发育相关的基因。研究人员通过比较基因组学、分子进化等获得了大量信息,为了解寄生植物的演化、寄生植物与寄主间的相互作用提供了重要依据。


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