在最近的一項(xiàng)研究中，維爾茨堡植物學(xué)家KenjiFukushima領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研究了肉食性豬籠草豬籠草的基因組結(jié)構(gòu)，并展示了多倍體(細(xì)胞中擁有兩組以上染色體的現(xiàn)象)如何促進(jìn)進(jìn)化創(chuàng)新。福島是維爾茨堡朱利葉斯·馬克西米利安大學(xué)(JMU)植物學(xué)I主席工作組的負(fù)責(zé)人。
該研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《自然植物》雜志上。
追尋亞基因組優(yōu)勢
植物基因組以其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而聞名，對具有多組染色體的多倍體基因組的研究使研究人員能夠回答有關(guān)遺傳學(xué)的深刻問題。布法羅大學(xué)的VictorAlbert教授表示：“我們的研究結(jié)果不僅提供了對豬籠草基因組適應(yīng)性景觀的重要見解，而且拓寬了我們對多倍體如何刺激新功能進(jìn)化的理解。”阿爾伯特是該研究的共同高級作者。
一個(gè)核心問題涉及所謂的亞基因組優(yōu)勢機(jī)制，它影響多個(gè)染色體組上基因的保留和表達(dá)。
這個(gè)過程通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)基因更豐富的顯性亞基因組。另一方面，隱性亞基因組會(huì)丟失基因。在他們的研究中，福島和他的團(tuán)隊(duì)專注于以前未知的豬籠草基因組結(jié)構(gòu)，并研究了亞基因組之間的復(fù)雜關(guān)系。
隱性亞基因組作為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力
利用現(xiàn)代高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)分析，研究人員能夠識別熱帶豬籠草中的十倍體基因組結(jié)構(gòu)，即一個(gè)細(xì)胞中有10組染色體。在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)了亞基因組顯性的明顯特征，從而產(chǎn)生了一個(gè)顯性亞基因組和四個(gè)隱性亞基因組。
“然而，有趣的是，事實(shí)證明隱性亞基因組富含新基因。這一令人驚訝的發(fā)現(xiàn)表明隱性亞基因組對植物的進(jìn)化適應(yīng)做出了重要貢獻(xiàn)，”福島說。對于定義諸如用于捕捉昆蟲的豬籠草葉和雌雄異株(存在單獨(dú)的雄性和雌性植物)等性狀來說尤其如此。
在進(jìn)一步的分析中，研究小組確定了隱性亞基因組上可以與這些獨(dú)特性狀相關(guān)的特定基因。一個(gè)有趣的例子是新發(fā)現(xiàn)的Y染色體上的雄性特異性基因，它可能在雌雄異體中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。他們還發(fā)現(xiàn)了一組在捕蟲籠中特異性表達(dá)的基因，這些基因可能有助于豬籠草食肉動(dòng)物的進(jìn)化。
在農(nóng)業(yè)中的可能應(yīng)用
除了研究細(xì)小豬籠草的遺傳學(xué)之外，該研究還有助于人們普遍了解多倍體在進(jìn)化中的作用以及新基因如何產(chǎn)生。獲得的知識也可以應(yīng)用于植物研究的其他領(lǐng)域，并提高我們對植物基因組以及植物如何形成復(fù)雜而新穎的性狀的理解。此外，這些結(jié)果可以得出有關(guān)植物多樣性和適應(yīng)性的一般結(jié)論，并且可以為農(nóng)業(yè)做出有價(jià)值的貢獻(xiàn)。
“營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸和繁殖的機(jī)制在那里特別令人感興趣，”福島解釋道。該研究的結(jié)果有助于更好地了解這些過程，從而有助于可持續(xù)和高效的農(nóng)業(yè)實(shí)踐。
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