欄目
首頁 > ManBetX > 科研進展

昆明植物所在草莓屬線粒體基因組演化研究方麵取得新進展

  草莓是倍受人們喜愛的漿果類水果,也是最為年輕的馴化作物之一。我國草莓栽培麵積居世界首位,且雲南是夏季草莓的主產區。我國草莓野生種質資源較為豐富,西南地區是草莓屬的分化中心之一。草莓屬植物存在廣泛的種間雜交與多倍體化,使得其細胞器基因組起源、核質互作演化等方麵的研究仍存在很大程度的未知,也阻礙了草莓野生種質資源的有效評估與利用。 

  遺傳多樣性的形成與維持機製是進化基因組學的核心問題之一。相對於葉綠體基因組而言,植物線粒體基因組一般具有結構複雜多樣、替代速率較低、重組頻繁等特點,被認為是研究基因組結構與功能演化的重要遺傳係統。早期的研究表明,植物線粒體基因組的結構變化非常快,但序列水平的變化卻很慢。然而也有學者認為,線粒體基因組編碼區和非編碼區可能存在不同的選擇壓或突變修複機製,從而導致這兩個區間的演化速率存在差異。 

  為了更好地理解植物線粒體基因組演化特征與機製,中國科學院昆明植物研究所朱安丹專題組和李德銖專題組完成了13個草莓屬野生種完整的線粒體基因組組裝,並對其編碼區與非編碼區序列變異特征進行了深入研究。研究發現:(1)DNA突變速率在線粒體基因組編碼區和非編碼區基本一致,但非編碼區的插入缺失(indels)和倒位(inversions)發生頻率更高。該結果也糾正了一些學者誤認為“非編碼區的序列突變速率更快”的觀點。(2)植物線粒體基因組重組頻繁,即使是同一屬內親緣關係較近的物種之間,線粒體基因組的結構也存在很大差異。(3)草莓屬線粒體基因組中存在大量的由於“微倒位”(micro-inversion)引入的多堿基連鎖突變(2-18 bp),而這些連續性突變位點可能會對替代速率的計算或係統發育信號的評估產生影響;同時這也拓展了進化基因組學中通常認為堿基替代都是獨立發生的觀點。(4)植物線粒體基因組共線性較低很可能是由於大量DNA序列的獲得或丟失造成的。 

  上述研究成果以Fragaria mitogenomes evolve rapidly in structure but slowly in sequence and incur frequent multinucleotide mutations mediated by micro-inversions為題,發表在國際植物學主流期刊New Phytologist上。這也是該團隊繼2020年發表植物線粒體基因組替代速率異質性的研究(Liu & Fan, et al., 2020, New Phytologist)之後,關於植物線粒體基因組演化方麵的又一重要研究成果。中國科學院昆明植物研究所樊維姝博士和劉芳博士為第一作者,朱安丹研究員、李德銖研究員和美國內布拉斯加大學林肯分校Jeffrey P. Mower博士為通訊作者。雲南省農業科學院阮繼偉研究員和沈陽農業大學雷家軍教授也參與了本項目。該項目得到了國家重點研發計劃(2018YFD1000107)、種質庫開放課題以及中科院“西部之光”等項目的支持。 

  原文鏈接 

 

  圖1. 草莓屬線粒體基因組中編碼區和非編碼區的替代速率 

 

圖2.草莓屬線粒體基因組中廣泛存在由微倒位介導的連續堿基突變 

TOP