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華南植物園揭示報春苣苔屬土壤?；m應的遺傳基礎
土壤?；m應是指植物對特殊或極端土壤環(huán)境的進化適應，這一機制被廣泛認為是驅動植物多樣化與物種形成的重要力量，但其基因組基礎尚未闡明。報春苣苔屬(Primulina，苦苣苔科)包含200余個物種，具有獨特的生態(tài)位分化與形態(tài)多樣性特征。該屬植物主要專性分布于中國南方喀斯特地區(qū)的鈣質土壤，少數(shù)物種則適應丹霞或酸性土壤環(huán)境，為解析土壤?；m應性機制提供了理想模型。
華南植物園泛基因組科研團隊研究完成了7個高質量基因組組裝，構建了涵蓋喀斯特、丹霞及酸性土壤9個物種的報春苣苔屬泛基因組，為解析土壤?；m應機制提供了關鍵基因組學資源?？λ固剡m生物種基因組顯著小于非喀斯特物種，與其LTR重復元件含量降低相關，符合基因組氮限制假說。兩次譜系特異性全基因組加倍(WGD)事件顯示，大基因家族呈現(xiàn)重復拷貝傾向于丟失，而轉錄因子家族成員盡管數(shù)量眾多卻優(yōu)先保留(圖1)，暗示適應性與非適應性進化力量的共同作用。泛基因組分析發(fā)現(xiàn)，離子通道與轉運蛋白基因在變異熱點區(qū)域顯著富集，且在喀斯特譜系中頻繁受到正選擇，這些候選基因與土壤貧瘠耐受性、抗旱性及肉質葉片的重復進化相關。值得注意的是，位于高影響變異熱點區(qū)域的ABC轉運蛋白G亞家族(ABCG)在喀斯特物種中呈現(xiàn)正選擇信號且結構保守，而非喀斯特物種則攜帶特異的大型插入片段(圖2，圖3)。綜上，基因組縮小、WGD后功能基因的偏向性滯留及離子轉運通路適應性進化協(xié)同驅動了報春苣苔屬植物對特殊土壤生境的適應。本研究為生態(tài)基因組學提供了土壤?；c基因組演化關聯(lián)的新視角。
相關研究成果以“Primulinapan-genome reveals differential gene retention following whole-genome duplications and provides insights into edaphic specialization”為題發(fā)表在國際生物學主流期刊Cell Reports(《細胞報告》)上。中國科學院華南植物園馮超副研究員為論文第一作者，康明研究員為通訊作者。該研究工作得到了廣東基礎與應用基礎研究旗艦項目、國家自然科學基金和中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目等資助。
圖1. 報春苣苔屬全基因組加倍后重二倍化進程中復制拷貝的滯留與丟失模式
圖2. 基于共線性的報春苣苔屬泛基因組特性
圖3. 報春苣苔屬圖形泛基因組拓撲結構中的遺傳變異
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