65位科学家联合完成“苏铁基因组和种子植物早期演化”发表

本网讯  记者柏斌 黎芸熙报道 近日，由深圳市仙湖植物园、深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明植物研究所、中国环境科学研究院、兰州大学、河南大学和南京林业大学等22个机构的65位科学家联合完成的“苏铁基因组和种子植物早期演化”一文，在《自然-植物》以封面文章在线发表。

据该论文第一作者，深圳华大生命科学研究院研究员、深圳仙湖植物园刘阳研究员介绍：种子植物包括裸子植物和被子植物，裸子植物分为苏铁、银杏、松柏和买麻藤四大类。裸子植物基因组较大，重复序列含量高，结构复杂，迄今为止，现存最原始的种子植物苏铁类，还没有完整的基因组图谱。该研究以攀枝花苏铁为材料进行苏铁基因组测序，结果显示，苏铁是目前裸子植物中最高质量的大基因组图谱。因此，苏铁基因组的发布，代表着种子植物基因组演化研究中的最后一块拼图完成。“苏铁参考基因组填补了种子植物基因组研究的空白，标志着种子植物各大分支的基因组均已覆盖，为后续比较基因组学的开展奠定了基础。”刘阳说。

据刘阳介绍，基因组加倍是植物演化适应的重要驱动力。研究者采用对重复基因同义替代分析和系统发育基因组学方法，并使用基因组内共线性区域进行比较验证，发现现存裸子植物的最近共同祖先可能经历了一次古老的全基因组复制事件。伴随着种子植物起源，许多关键创新性状如种子发育、花粉、次生生长相关的基因家族均发生了创新或扩张。

苏铁类植物起源于古生代二叠纪早期，距今已有至少2亿7千万年历史。在经历大量灭绝后，现代苏铁多是近期几次辐射演化的后代。如今苏铁具有2科10属。研究者基于现存339种苏铁植物的转录组数据，重建了苏铁类自身的系统发育关系。分子钟分析表明，现存苏铁的多样化同步发生于距今1100至2000万年之间，是中新世以来气候剧烈变化的结果。

苏铁类植物均为雌雄异株，且雌雄植株形态类似，只有在开花时才能分辨。而苏铁一般种植十年以上且环境适宜才会开花。因此，研究苏铁性别决定的分子机制，可以在苗期确定其性别，对于苏铁类植物的就地和迁地保护，以及园林培育都具有重要意义。在本研究中，对四川攀枝花苏铁国家级保护区的62株雌雄苏铁进行重测序，揭示了苏铁性别决定的遗传机制，为苏铁类植物的野外雌雄空间分布格局研究和园林培育提供了理论基础。

研究者在研究中发现，苏铁属物种中存在一种细胞毒素蛋白，可能是苏铁种子和根部具有毒性的原因之一。基于基因重组技术，在大肠杆菌表达的毒素蛋白产物对小菜蛾和棉铃虫有显著致死性，显示出苏铁毒素蛋白具有一定的农业应用前景，未来可应用于农业作物和园艺植物的抗虫品系的遗传育种。

图为：攀枝花苏铁

图为：中国科学院昆明植物研究所昆明植物园种植的苏铁

图为：绿地中种植的苏铁

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