科技日報記者 趙漢斌
記者5日從中國科學院昆明植物研究所獲悉，該所研究人員近期與合作者在裸子植物核型演化領域取得重要突破。研究人員通過比較基因組分析，重建了裸子植物核型演化歷史，并揭示了松柏類核型演化的關鍵模式，這對人們理解裸子植物的物種多樣性演化與保護提供了新的視角。國際期刊《尖端科學》發(fā)表了相關研究成果。
植物的核型，是指一個細胞中全部染色體的形態(tài)特征和數(shù)目的總和。裸子植物的核型有相當高一致性，但這種一致性是如何形成和維持的，一直是未解之謎。研究人員針對16種裸子植物展開深入的染色體水平基因組共線性分析，發(fā)現(xiàn)松科、柏科、紅豆杉科、銀杏和蘇鐵等物種的基因組間存在高度一致的共線性，表明這些物種在演化過程中未經(jīng)歷譜系特有的古多倍化事件，并排除了古多倍化對裸子植物主要分支核型的影響。
進一步的分析顯示，松柏類基因組間發(fā)生了頻繁的非同源染色體相互易位，特別是著絲粒–著絲粒相互易位。此外，柏目基因組中還發(fā)現(xiàn)了端粒–著絲粒相互易位。研究確認，前者是松柏類核型演化的最主要模式，而后者在柏目植物的遞減異倍化中發(fā)揮了關鍵作用。
研究團隊利用圖論方法簡化了著絲粒–著絲粒相互易位的發(fā)生路徑，并重建了裸子植物從共同祖先核型到現(xiàn)代核型的詳細演化路徑。結果顯示，在松科中，多次共有著絲粒–著絲粒相互易位和特有因素，導致了染色體的重新組合；在柏目中，幾乎所有的染色體都相對于共同祖先核型發(fā)生了重新組合。
研究人員還探討了兩種易位可能的發(fā)生機制及潛在影響。他們認為，松柏類中普遍存在的拉布爾構型和著絲粒區(qū)域的重復序列，可能促進了著絲粒–著絲粒相互易位的發(fā)生；而端粒–著絲粒相互易位，可能偶然發(fā)生于減數(shù)分裂時期；端?；ㄊY構的形成，則可能促進了端粒–著絲粒的互作和易位。這一成果，不僅加深了人們對裸子植物核型演化的認識，也為植物染色體演化研究提供了重要參考。
