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　　近日，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所研究員吳建強(qiáng)團(tuán)隊(duì)對(duì)列當(dāng)科寄生植物進(jìn)行全基因組測(cè)序，揭示了列當(dāng)科寄生植物基因組的演化過(guò)程。相關(guān)研究發(fā)表在《分子植物》。

　　被子植物中已知有12或13次獨(dú)立起源的寄生植物支系，其中大部分支系中半寄生物種已經(jīng)滅絕，只剩下全寄生物種。列當(dāng)科是目前已知的唯一一個(gè)包含了自養(yǎng)、兼性半寄生、專(zhuān)性半寄生和全寄所有寄生類(lèi)型的寄生植物支系，這使得列當(dāng)科成為了研究植物寄生習(xí)性演化過(guò)程的最佳類(lèi)群。

　　該研究對(duì)列當(dāng)科的自養(yǎng)植物綠春鐘萼草，列當(dāng)科全寄生植物向日葵列當(dāng)和埃及列當(dāng)進(jìn)行了全基因組測(cè)序，并與已發(fā)表的兼性半寄生植物松蒿、馬先蒿，以及專(zhuān)性半寄生植物獨(dú)腳金進(jìn)行了比較基因組學(xué)分析。

　　研究發(fā)現(xiàn)，與已知的寄生植物菟絲子演化過(guò)程不同，列當(dāng)科的寄生植物隨著寄生習(xí)性的加深，基因組大小和基因數(shù)量并沒(méi)有發(fā)生劇烈的收縮；相反，與自養(yǎng)的鐘萼草相比，半寄生和全寄生的列當(dāng)科植物基因組都更大，基因數(shù)量更多。

　　吸器是寄生植物特有的器官，幫助寄生植物與寄主建立物理連接，從而進(jìn)行寄生生活。通過(guò)吸器轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員鑒定了各寄生植物基因組中與吸器相關(guān)的基因，并發(fā)現(xiàn)這些吸器相關(guān)基因在歷史上發(fā)生了兩次重要的擴(kuò)張。一是由約7348萬(wàn)年前的古加倍事件（βL事件）造成的，此時(shí)寄生習(xí)性尚未出現(xiàn)；二是較近期各寄生植物分化后獨(dú)立出現(xiàn)的基因加倍。通過(guò)與中性進(jìn)化模型進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，雖然βL事件比寄生習(xí)性早出現(xiàn)了約3500萬(wàn)年，但對(duì)吸器起源起到了重要作用。

　　基因家族進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，這些寄生植物中基因家族的收縮和擴(kuò)張同樣劇烈。自養(yǎng)植物保守的基因家族中，列當(dāng)科寄生植物隨著寄生習(xí)性的加深，基因丟失越來(lái)越嚴(yán)重，從兼性半寄生丟失約2-3%，到專(zhuān)性半寄生丟失約6-7%，再到全寄生丟失約13-15%。

　　論文通訊作者吳建強(qiáng)表示，列當(dāng)科丟失的基因與完全不同起源的菟絲子丟失的基因有超過(guò)一半是相同的，大部分與光合作用和葉綠體功能有關(guān)；不同的基因丟失主要與莖寄生和根寄生這兩種不同寄生形態(tài)有關(guān)，列當(dāng)科丟失了更多與光合作用以及光信號(hào)相關(guān)的基因，而菟絲子丟失更多根器官功能相關(guān)基因。

　　本研究關(guān)于列當(dāng)科寄生植物的基因組演化的發(fā)現(xiàn)，支持了寄生習(xí)性三段式的演化過(guò)程，即首先獲得吸器，與寄主建立物理連接；逐漸依賴(lài)寄主，開(kāi)始丟失不必要的功能基因；最終再獲得新基因使其更加生理上特化和提高對(duì)寄主的依賴(lài)性。

　　論文相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.007 

　?。茖W(xué)網(wǎng) 2022年7月21日）

　　來(lái)源：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/483090.shtm?bsh_bid=5787015206