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中科院昆明植物所寄生植物水平基因轉(zhuǎn)移研究取得進展

    新基因?qū)ξ锓N的起源、演化及對環(huán)境的適應性具有重要作用,而水平基因轉(zhuǎn)移作為物種引入新基因的一條重要途徑,其發(fā)生規(guī)模和生物學意義在原核和低等真核生物中都研究得較為深入。在高等植物中,水平基因轉(zhuǎn)移的研究多集中在不同植物中的細胞器之間,而對發(fā)生在基因組之間的水平基因轉(zhuǎn)移報道很少,對其生物學意義的認識也更為匱乏。    

  中國科學院昆明植物研究所吳建強研究組、黃錦嶺研究組、河南大學的李鎖平研究組和中科院昆明動物研究所的文建凡研究組合作研究發(fā)現(xiàn),一個新近在十字花科中起源的異胡豆苷合成酶類似基因(strictosidine synthase-like,SSL),分別經(jīng)水平基因轉(zhuǎn)移到了根寄生植物埃及列當(Orobanche aegyptiaca)和莖寄生植物南方菟絲子(Cuscuta australis)中,并且此基因在埃及列當中受到明顯的正選擇。在這兩種寄生植物的不同發(fā)育階段和組織樣品中,都具有較高的轉(zhuǎn)錄水平,并且在營養(yǎng)生長階段和吸器的組織中,表達量顯著升高,提示其可能參與營養(yǎng)生長和吸器的形成。在南方菟絲子中,該基因?qū)οx咬有轉(zhuǎn)錄水平響應,說明其可能參與抵御生物脅迫的過程。這些結(jié)果都暗示該基因在新的受體物種中仍可能執(zhí)行重要功能。此外,對兩種寄生植物中此SSL基因序列分析發(fā)現(xiàn)它們?nèi)匀槐A粲惺只ǹ苹蛑械膬?nèi)含子,所以推測轉(zhuǎn)移是發(fā)生在DNA水平,而不是RNA水平(盡管寄生植物會從寄主中轉(zhuǎn)運大量的多種mRNA)。經(jīng)過比較不同的水平基因轉(zhuǎn)移發(fā)生機制,作者認為轉(zhuǎn)移極大可能發(fā)生在寄生植物與寄主的相互接觸的吸器及其周圍組織,后來這些組織發(fā)育成了分生組織,參與了種子的形成,進而被傳代下來;因為該基因的引入對物種進化(譬如寄生生活方式的進化)具有重要作用,進而在群體中被傳播開來。

  該研究結(jié)果以Root parasitic plant Orobanche aegyptiaca and shoot parasitic plant Cuscuta australis obtained Brassicaceae-specific strictosidine synthase-like genes by horizontal gene transfer為題發(fā)表在BMC Plant Biology 雜志。