中國(guó)科學(xué)院植物所等在馬兜鈴基因組解析和被子植物進(jìn)化研究中獲進(jìn)展

　　被子植物分為四大核心分支，即ANA被子植物基部類群、木蘭類植物、單子葉植物和真雙子葉植物。馬兜鈴屬（Aristolochia）是木蘭類植物，該屬的植物具有較強(qiáng)欺騙性的“誘捕-囚禁-釋放”傳粉系統(tǒng)，獨(dú)特的花形態(tài)是引誘傳粉者的重要“誘餌”，且具有備受爭(zhēng)議的藥用價(jià)值。馬兜鈴屬植物因此受到關(guān)注，鑒于馬兜鈴屬植物的進(jìn)化位置，解析馬兜鈴屬植物基因組頗為重要。

 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員焦遠(yuǎn)年研究組利用Nanopore、Bionano光學(xué)圖譜和Hi-C等測(cè)序技術(shù)，對(duì)流蘇馬兜鈴（Aristolochia fimbriata）開展了基因組測(cè)序和組裝，獲得了高質(zhì)量的參考基因組，注釋到21,751個(gè)蛋白編碼基因?；蚪M進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，流蘇馬兜鈴自現(xiàn)存被子植物起源后未經(jīng)歷過(guò)全基因組加倍事件，是目前發(fā)現(xiàn)的、除ANA基部的無(wú)油樟（Amborella trichopoda）外第二個(gè)未經(jīng)歷過(guò)全基因組加倍的測(cè)序物種。它因獨(dú)特的基因組進(jìn)化歷史成為比較基因組學(xué)研究的重要對(duì)象，為解析其他被子植物基因組的進(jìn)化及被子植物祖先基因組特征等提供了重要參考。

 

　　基于序列的前期研究均難以獲得高可信度的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。該研究對(duì)被子植物主要類群的代表物種進(jìn)行基因組結(jié)構(gòu)比較，發(fā)現(xiàn)木蘭類植物和單子葉植物共享了一次染色體易位事件，而真雙子葉植物則缺失了這一演化的特征，該結(jié)果支持了木蘭類植物和單子葉植物可能互為姐妹群，而雙子葉植物在二者分化之前已形成的觀點(diǎn)。

 

　　該研究進(jìn)一步挖掘了馬兜鈴花發(fā)育和次生代謝產(chǎn)物合成相關(guān)的遺傳基礎(chǔ)。基因組及轉(zhuǎn)錄組等的整合分析發(fā)現(xiàn)，花發(fā)育相關(guān)的同源基因冗余度極低，且多數(shù)基因的序列、結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式均較為保守，流蘇馬兜鈴花特化的形成可能與相關(guān)基因特定的表達(dá)模式及其下游調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化有關(guān)。另外，該研究還分析了萜類和馬兜鈴酸等次生代謝產(chǎn)物合成相關(guān)的遺傳基礎(chǔ)，并構(gòu)建了AA I的合成通路，為后續(xù)相關(guān)基因的功能研究奠定了基礎(chǔ)。鑒于流蘇馬兜鈴基因組冗余度極低，并具有生長(zhǎng)周期短、易于大規(guī)模種植和基因組小等特征，其有被發(fā)展為木蘭類模式植物的潛力，用于花發(fā)育、發(fā)育遺傳學(xué)及次生代謝產(chǎn)物合成等方面的研究。

 

　　9月2日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Nature Plants上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和王寬誠(chéng)教育基金會(huì)的資助。