兰科鸟巢兰族质体基因组进化研究

• 作 者: 冯彦磊
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院水生生物研究所
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 异养植物 质体基因组 生物进化

质体是植物细胞内特有的双层膜结构细胞器，含有遗传物质，具有半自主性。质体参与包括光合作用在内的多种代谢反应。异养植物由于有其他方式的能量来源，光合作用往往处于松弛选择，造成功能基因的减少。研究它们可以解析光合作用丢失和质体基因组退化的机制，有助于我们更好地理解植物进化。兰科鸟巢兰族(Neottieae Lindl.)富含菌生异养型植物，是了解异养植物质体基因组进化方式的理想类群。为研究和讨论不同的菌生异养型植物质体基因组的异同，我们选取鸟巢兰族3类无叶植物开展测序并进行比较基因组学分析。我们通过基因含量、GC含量、密码子使用、选择模型等分析，比较了鸟巢兰族3类无叶植物在丢失光合作用后质体基因组的变化。　　结果显示，这3类无叶植物来源于三次独立的进化事件，且它们处于丢失的不同阶段。无叶植物在质体基因组长度和基因含量都表现出一定的减少，还伴随有结构上的重排（如倒位，IR区边界变动）。但3类无叶植物特征也不尽相同，尤其在GC含量和密码子碱基组成上趋于不同方向分化。白色无叶物种Cephalanthera humilis仅有少量基因丢失或假基因化，显然处于光合作用丢失的早期阶段。其余无叶种几乎失去了所有光合相关基因，但“持家基因”保留相对完整且大部分仍然处于纯化选择，这可能意味着植物在丢失光合作用后质体仍然拥有着功能。　　我们还发现，在绿色有叶子物种中，也存在与光合作用相关的ndh基因假基因化现象。这可能是光合作用丢失的最初信号，部分菌生异养型植物与菌类共生的关系使得植物逐渐减少了对光合作用的依赖，并最终丢失了光合作用。