現存五大種子植物傳代線之一——買麻藤類植物全基因組破譯
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近日,由深圳中科院仙湖植物園、中科院中-非聯合研究中心、深圳蘭科植物保護研究中心、諾禾致源(Novogene)、英國皇家植物園邱園(Kew)、中科院植物所、中科院武漢植物園、武漢大學等10餘家國內外知名院所聯合開展的「裸子植物——買麻藤全基因組計劃」取得重要進展。
相關研究成果於2018年1月29日在國際學術權威刊物《自然》出版集團旗下子刊《Nature Plants》雜誌上以封面長文形式在線發表。論文題目為「A genome for gnetophytes and early evolution of seed plants」。
中-非中心植物多樣性保護首席研究員、深圳中科院仙湖植物園副研究員萬濤為文章的第一作者,武漢植物園副主任、中-非中心主任王青鋒研究員為共同通訊作者。來自亞利桑那大學的知名基因組進化研究專家Michael S. Barker 專門撰文評述了該項研究工作的重要意義。
文章從基因組層面,全面分析並呈現了買麻藤獨有的「特質」,幫助我們對種子植物共同祖先的特定基因組特徵進行了推演和討論,同時也對目前作為針葉樹(Conifers)姐妹群的假說(『Gnepine』,『Gnecup』 or 『Gnetifer』)提供了新的思考和視角,暗示種子植物早期的演化比我們想像中更為複雜。
基於現有種子植物系統關係的各個代表分支的基因組特徵及產生原因
裸子植物和被子植物的起源、分歧及演化,是現代植物學科的基礎熱點領域。現存35萬餘種種子植物被分成蘇鐵類、松柏類、銀杏、買麻藤類(裸子植物)和有花植物(被子植物)五大類。
其中,買麻藤類植物因其獨有的形態特徵以及歷史研究背景,一直受到世界植物學家的廣泛關注。據目前認識,現代買麻藤類植物的出現至少始於早白堊紀,伴隨著岡瓦納古陸的分離,以現今非洲(主要在西非)為起源中心,逐步形成了洲際間斷分布的物種多樣性格局。一個多世紀來,科學界對買麻藤類植物的系統分類地位持續爭論,不同假說層出不窮,迄今仍未有定論,號稱「百年之爭」。
項目組通過對接近4.5 G的買麻藤(G. montanum)進行了全基因組測序組裝,同時結合轉錄組數據,對現今已發表的17種代表性陸地植物進行了全基因組比較及相關分析。
從左到右:買麻藤的雌球花、百歲蘭的雄球花和麻黃的雌球花(比例尺:5 cm)
研究發現,買麻藤的基因組特徵顯著區別於其他已發表的種子植物類群(針葉樹、銀杏、被子植物),其在某些特定的,如內含子、重複序列進化等特徵上,與現存最古老的被子植物無油樟「相似」。此外,買麻藤在種子植物保守功能基因集合(現存種子植物共享)上呈現出非常古老的狀態,暗示其並未發生劇烈的家族擴張和收縮。
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