異型花柱植物自交發(fā)育信號(hào)首次發(fā)現(xiàn)
科技日?qǐng)?bào)訊 (記者趙漢斌)記者8月12日從中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所獲悉，我國(guó)科學(xué)家在異型花柱植物交配系統(tǒng)演變研究中取得重要進(jìn)展。國(guó)際分子進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《分子生物學(xué)與進(jìn)化》在線發(fā)表了這一成果。
異交向自交的轉(zhuǎn)變，通常被認(rèn)為是被子植物交配系統(tǒng)演變的整體趨勢(shì)。在被子植物中，約有10%—15%的物種呈高度自交，已有的研究證據(jù)表明這些星散分布的自交物種多數(shù)是從其異交的祖先類群中經(jīng)過(guò)多次獨(dú)立分化而來(lái)。
中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所李德銖研究組和王紅研究組多年來(lái)關(guān)注異型花柱植物種群生態(tài)學(xué)和進(jìn)化遺傳學(xué)研究，發(fā)展了具異型花柱的滇丁香屬、報(bào)春花屬等日趨成熟的研究模式。此前，該團(tuán)隊(duì)周偉副研究員等在交配系統(tǒng)演化及其生態(tài)和遺傳效應(yīng)等熱點(diǎn)問(wèn)題的研究中取得了一系列重要成果。
研究團(tuán)隊(duì)日前以報(bào)春花屬為研究對(duì)象，借助這個(gè)類群內(nèi)單基因突變誘發(fā)同型花柱發(fā)生的特殊機(jī)制，利用同型花柱起源與交配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變同步發(fā)生的特性，針對(duì)不同轉(zhuǎn)變時(shí)間尺度下的組學(xué)數(shù)據(jù)，種間選擇60個(gè)葉綠體基因組和12個(gè)轉(zhuǎn)錄組，種內(nèi)使用12個(gè)葉綠體基因組和13個(gè)轉(zhuǎn)錄組，深入解析了交配系統(tǒng)由異交向自交轉(zhuǎn)變的遺傳和分子進(jìn)化效應(yīng)。
研究表明，在異型花柱類群中伴隨著同型花柱的出現(xiàn)和自交發(fā)生，近期衍生的自交物種呈現(xiàn)明顯的基因組自交綜合征，蛋白編碼區(qū)內(nèi)核苷酸遺傳多樣性及雜合度顯著降低；種間分異及種下多態(tài)位點(diǎn)上均呈現(xiàn)更高的非同義與同義替代速率，暗示自交物種在近中性突變位點(diǎn)上受到相對(duì)低效的負(fù)選擇作用；而極度有害突變比例下降，則預(yù)示清除效應(yīng)在自交物種中更為明顯；自交物種的適應(yīng)性進(jìn)化速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
這項(xiàng)研究首次在不同進(jìn)化時(shí)間尺度上檢測(cè)到異型花柱植物類群的基因組自交綜合征發(fā)育信號(hào)，并首次發(fā)現(xiàn)交配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中遺傳與表型綜合征的理論建成順序，這些重要發(fā)現(xiàn)，為植物交配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?cè)诨蚪M水平上的遺傳和分子進(jìn)化效應(yīng)提供了充分且詳實(shí)證據(jù)。