“植物界大熊貓”蘇鐵完整基因組圖譜首次發(fā)布
近日,科學家完成蘇鐵基因組解析工作,發(fā)布蘇鐵完整基因組圖譜,這意味著種子植物基因組演化研究中的最后一塊拼圖已順利完成。4月18日,《自然-植物》(Nature Plants)以封面文章發(fā)表該研究成果。據(jù)悉,該研究成果數(shù)據(jù)公開共享,全球科學家可免費下載使用。
蘇鐵是地球上現(xiàn)存最古老的種子植物,是著名的“活化石”植物。它的起源可以追溯到大約3億年前,在侏羅紀時代達到最盛期,曾與恐龍一起稱霸整個地球。
蘇鐵經(jīng)歷過兩次大滅絕、數(shù)輪冰川期等諸多考驗,在這個星球上存活了億萬年,今天卻已處于瀕危邊緣。目前,蘇鐵被世界自然保護聯(lián)盟紅色名錄列為極度瀕危物種,也是我國國家一級重點保護植物。2008年,中國政府主導完成的第一個“珍稀瀕危植物回歸”項目,便是關于蘇鐵保護。
據(jù)了解,作為最原始的種子植物,蘇鐵被譽為“植物界的大熊貓”。然而,蘇鐵的基因組較大,結構復雜,為科學研究工作增添不少難度?,F(xiàn)存最原始種子植物中,僅蘇鐵分支一直缺少完整的基因組圖譜。
2017年,深圳華大生命科學研究院(以下簡稱華大研究院)、深圳市仙湖植物園、中科院昆明植物所聯(lián)合發(fā)起蘇鐵基因組項目。華大研究院劉歡研究員介紹,該項目選取蘇鐵類最基部的類群、同時也是中國特有的古老殘遺種-攀枝花蘇鐵作為測序材料,吸引了植物學領域國際頂級專家加入,最終由國內(nèi)外22個機構,60多名科學家共同參與完成,研究成果數(shù)據(jù)公開共享,全球科學家可免費下載使用。
研究團隊基于現(xiàn)存蘇鐵目339種植物的轉錄組數(shù)據(jù),重建了蘇鐵類自身的系統(tǒng)發(fā)育關系,確定了蘇鐵演化的完整歷史。分子鐘分析表明,現(xiàn)存蘇鐵的多樣化同步發(fā)生于距今1100萬年至2000萬年之間,是中新世以來氣候劇烈變化的結果。
此外,關于裸子植物的共同祖先是否經(jīng)歷了全基因組加倍事件一直存在爭議。研究發(fā)現(xiàn),伴隨著種子植物起源,許多關鍵創(chuàng)新性狀如種子發(fā)育、花粉、次生生長相關的基因家族均發(fā)生了創(chuàng)新或擴張。在種子植物的祖先節(jié)點共發(fā)現(xiàn)663個新獲得的基因家族和368個擴張的基因家族,推斷現(xiàn)存裸子植物的最近共同祖先可能經(jīng)歷了一次古老的全基因組復制事件。
研究還發(fā)現(xiàn),蘇鐵種子的毒性雖限制了蘇鐵的食用功能,但其仍能發(fā)揮出重要的社會效益。研究團隊在攀枝花蘇鐵基因組中發(fā)現(xiàn)一種細胞毒素蛋白基因(fitD),該基因起源于細菌,通過水平基因轉移的方式轉移到真菌和蘇鐵中。深圳仙湖植物園張壽洲教授介紹,“本次發(fā)現(xiàn)的毒性蛋白能夠殺死一些常見昆蟲,如棉鈴蟲、小菜蛾等,目前已通過基因重組技術將其成功應用于棉花,事實證明其殺蟲效率比現(xiàn)有抗蟲棉更高,可在棉花種植中進行推廣。此外,該毒性蛋白的植物性來源,也使其對玉米等農(nóng)作物具有更安全、更高的保護性?!保▌鲿?/p>
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