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植物所科研人員揭示古多倍化對被子植物適應性進化的貢獻

  多倍化(polyploidy)或全基因組加倍whole genome duplication, WGD事件使基因組內的所有基因都發生重複,爲生物進化提供了原始的遺傳材料,被認爲是進化的加速器。多倍體植物廣泛存在于自然界中,如我們日常生活中的棉花、小麥、油菜等。前期研究發現多倍化在有花植物進化過程中尤其頻繁,而且在現存的被子植物和種子植物分化之前,曾分別發生過加倍事件,可能對花和種子的産生有重要貢獻 (Jiao et al., 2011)。因此,植物多倍化的研究對于生物進化、物種保護及遺傳育種等方面都具有重要的理論指導意義及實踐應用價值。 

  爲了揭示古多倍化對被子植物適應性進化的貢獻,中科院植物研究所焦遠年研究組通過整合系統發育基因組學、基因組共線性、同義替換速率、基因功能富集和調控網絡解析等方法,准確鑒定了多倍化事件後保留下來的重複基因,研究發現特定曆史時期不同進化分支獨立發生的多倍化事件共同保留了適應特定環境變化的重複基因,特別是發現了白垩紀-古新世生物大滅絕時期發生的全基因組加倍事件後共同保留的重複基因中包含了適應寒冷和黑暗等劇烈環境變化的關鍵基因,且這些重複基因使得相應調控網絡發生了重塑和複雜化,增強了植物對環境脅迫的適應能力。此外,該研究還發現多倍化後不同轉錄因子家族的保留具有偏好性,高保留的轉錄因子基因家族在植物應對環境脅迫中具有重要作用。上述研究結果不僅表明多倍化在被子植物的適應性進化中具有重要的作用,而且爲古多倍化如何幫助植物適應劇烈環境變化提供了明確的遺傳證據。 

  該成果于111日在線發表于國際學術期刊Molecular Plant上。焦远年研究组博士研究生武生聃为论文第一作者,焦远年研究员为论文通讯作者。该研究工作得到了中國科學院战略性先导项目和中國科學院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室的资助。 

  文章鏈接: 

  https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30359-4 

  (進化實驗室供稿) 

    

   

  被子植物進化曆史中發生的多倍化事件及其保留的重複基因 

    


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