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　　近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所研究員吳建強團隊對列當科寄生植物進行全基因組測序，揭示了列當科寄生植物基因組的演化過程。相關(guān)研究發(fā)表在《分子植物》。

　　被子植物中已知有12或13次獨立起源的寄生植物支系，其中大部分支系中半寄生物種已經(jīng)滅絕，只剩下全寄生物種。列當科是目前已知的唯一一個包含了自養(yǎng)、兼性半寄生、專性半寄生和全寄所有寄生類型的寄生植物支系，這使得列當科成為了研究植物寄生習(xí)性演化過程的最佳類群。

　　該研究對列當科的自養(yǎng)植物綠春鐘萼草，列當科全寄生植物向日葵列當和埃及列當進行了全基因組測序，并與已發(fā)表的兼性半寄生植物松蒿、馬先蒿，以及專性半寄生植物獨腳金進行了比較基因組學(xué)分析。

　　研究發(fā)現(xiàn)，與已知的寄生植物菟絲子演化過程不同，列當科的寄生植物隨著寄生習(xí)性的加深，基因組大小和基因數(shù)量并沒有發(fā)生劇烈的收縮；相反，與自養(yǎng)的鐘萼草相比，半寄生和全寄生的列當科植物基因組都更大，基因數(shù)量更多。

　　吸器是寄生植物特有的器官，幫助寄生植物與寄主建立物理連接，從而進行寄生生活。通過吸器轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員鑒定了各寄生植物基因組中與吸器相關(guān)的基因，并發(fā)現(xiàn)這些吸器相關(guān)基因在歷史上發(fā)生了兩次重要的擴張。一是由約7348萬年前的古加倍事件（βL事件）造成的，此時寄生習(xí)性尚未出現(xiàn)；二是較近期各寄生植物分化后獨立出現(xiàn)的基因加倍。通過與中性進化模型進行比較發(fā)現(xiàn)，雖然βL事件比寄生習(xí)性早出現(xiàn)了約3500萬年，但對吸器起源起到了重要作用。

　　基因家族進化分析發(fā)現(xiàn)，這些寄生植物中基因家族的收縮和擴張同樣劇烈。自養(yǎng)植物保守的基因家族中，列當科寄生植物隨著寄生習(xí)性的加深，基因丟失越來越嚴重，從兼性半寄生丟失約2-3%，到專性半寄生丟失約6-7%，再到全寄生丟失約13-15%。

　　論文通訊作者吳建強表示，列當科丟失的基因與完全不同起源的菟絲子丟失的基因有超過一半是相同的，大部分與光合作用和葉綠體功能有關(guān)；不同的基因丟失主要與莖寄生和根寄生這兩種不同寄生形態(tài)有關(guān)，列當科丟失了更多與光合作用以及光信號相關(guān)的基因，而菟絲子丟失更多根器官功能相關(guān)基因。

　　本研究關(guān)于列當科寄生植物的基因組演化的發(fā)現(xiàn)，支持了寄生習(xí)性三段式的演化過程，即首先獲得吸器，與寄主建立物理連接；逐漸依賴寄主，開始丟失不必要的功能基因；最終再獲得新基因使其更加生理上特化和提高對寄主的依賴性。

　　論文相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.007 

　　（科學(xué)網(wǎng) 2022年7月21日）

　　來源：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/483090.shtm?bsh_bid=5787015206