在线宣布了来自中国科学院武汉植物园王青锋、陈进明团队与法国协作者的重要效果,发布了单子叶植的基因组,相关研讨开始提醒了单子叶植物先人前期基因组演化进程和规则,为了解包含禾本科在内的单子叶植物辐射进化进程奠定了重要根底。
单子叶植物是开花植物(被子植物)重要的分支之一,菖蒲目是单子叶植物中现存的最早分支类群,与其它所有单子叶植物互为姐妹类群,菖蒲目物种是讨论和提醒单子叶植物前期演化进程的重要资料。单子叶植物在形状特征上(如根、叶脉等)显着差异于其它开花植物,其先人的前期来源是植物演化生物学重视的热点问题之一,最早的单子叶植物化石记载能够追溯到白垩纪前期。除却基部单子叶植物(菖蒲目、泽泻目、水鳖目等)大多为水生、湿生植物等原因外,前期水生单子叶植物化石记载(例如泽泻目等)至少呈现在上白垩纪,有学者因而提出单子叶植物先人来源于水生环境,但单子叶植物先人水生来源的估测仍需更多的古生物学和基因组演化的依据支撑。而对已测序的单子叶植物物种基因组中基因或同源片段的线性排序改变比较剖析,将有利于了解驱动单子叶植物演化轨道的要害影响要素。在单子叶植物辐射分解进程中,全基因组重复或古多倍化(WGD)现象非常遍及,该现象被认为是推进物种多样化和习惯环境的要害机制之一,古多倍化和其衍生的基因组重排怎么推进单子叶植物多样化这一问题亟待解决。
针对上述科学问题,武汉植物园与法国国家农业食物与环境研讨院协作,使用PacBio和Hi-C技能完成了石菖蒲全基因组测序和染色体水平的拼装。经过与其他单子叶植物的全基因组比较剖析发现,石菖蒲仅经历过1次独立的古多倍化事情并随同有亚基因组优势效应,除石菖蒲和海生植物大叶藻外,其它单子叶植物都发生过2次或2次以上的基因组加倍。在研讨触及的单子叶植物中,石菖蒲基因组结构演化(基因在染色体上的线性排序/共线性)和氨基酸序列替换速率均体现最为缓慢和保存。进一步的相关性剖析还发现,各物种基因组共线性结构的相对保存性与其序列替换速率和基因组加倍次数明显相关,这可能是石菖蒲基因组结构演化相对较慢的原因。代表性单子叶植物基因组结构与外类群(莲)的比较剖析标明,基因上下游区域的甲基化程度、基因表达的安排特异性等可能是束缚基因组结构演化的重要要素。
单子叶植物先人核型(AMK)与前期分支的单子叶植物共线性比较与全基因组仿制次数(Ata: 石菖蒲)
据了解,该项研讨根据石菖蒲和其它单子叶植物前期分支物种,将之前构建的pre-τ时期的单子叶植物先人核型(pre-τ AMK,2n = 10)更新到了单子叶植物最前期先人的12条染色体(AMK,2n = 12)。根据该先人核型,重演了单子叶植物前期的核型演化进程:石菖蒲的核型是由单子叶植物先人AMK (n = 6)经过其特有的基因组加倍构成 n = 12 染色体中间体,接着进行12次染色体交融而构成其现在的12条现代染色体。研讨还发现,与石菖蒲等前期分支的类群比较,禾本科植物(如水稻)历史上经历过更屡次的交融、割裂等染色体重排事情。
在基因宗族演化方面,该项研讨提醒了与单子叶植物前期形状演化和习惯湿地或水生生境(如平行叶脉和初生根的退化、低水平的无机磷酸盐的水生环境)相关的重要功用基因宗族演化事情。