異型花柱植物自交發(fā)育信號首次發(fā)現(xiàn)
科技日報訊 (記者趙漢斌)記者8月12日從中國科學(xué)院昆明植物研究所獲悉，我國科學(xué)家在異型花柱植物交配系統(tǒng)演變研究中取得重要進展。國際分子進化生物學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《分子生物學(xué)與進化》在線發(fā)表了這一成果。
異交向自交的轉(zhuǎn)變，通常被認為是被子植物交配系統(tǒng)演變的整體趨勢。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)過多次獨立分化而來。
中國科學(xué)院昆明植物研究所李德銖研究組和王紅研究組多年來關(guān)注異型花柱植物種群生態(tài)學(xué)和進化遺傳學(xué)研究，發(fā)展了具異型花柱的滇丁香屬、報春花屬等日趨成熟的研究模式。此前，該團隊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)等熱點問題的研究中取得了一系列重要成果。
研究團隊日前以報春花屬為研究對象，借助這個類群內(nèi)單基因突變誘發(fā)同型花柱發(fā)生的特殊機制，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，針對不同轉(zhuǎn)變時間尺度下的組學(xué)數(shù)據(jù)，種間選擇60個葉綠體基因組和12個轉(zhuǎn)錄組，種內(nèi)使用12個葉綠體基因組和13個轉(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上受到相對低效的負選擇作用；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)性進化速率呈現(xiàn)下降趨勢。
這項研究首次在不同進化時間尺度上檢測到異型花柱植物類群的基因組自交綜合征發(fā)育信號，并首次發(fā)現(xiàn)交配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過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)變在基因組水平上的遺傳和分子進化效應(yīng)提供了充分且詳實證據(jù)。