科技日報(bào)記者 趙漢斌

記者5日從中國科學(xué)院昆明植物研究所獲悉，該所研究人員近期與合作者在裸子植物核型演化領(lǐng)域取得重要突破。研究人員通過比較基因組分析，重建了裸子植物核型演化歷史，并揭示了松柏類核型演化的關(guān)鍵模式，這對人們理解裸子植物的物種多樣性演化與保護(hù)提供了新的視角。國際期刊《尖端科學(xué)》發(fā)表了相關(guān)研究成果。

植物的核型，是指一個(gè)細(xì)胞中全部染色體的形態(tài)特征和數(shù)目的總和。裸子植物的核型有相當(dāng)高一致性，但這種一致性是如何形成和維持的，一直是未解之謎。研究人員針對16種裸子植物展開深入的染色體水平基因組共線性分析，發(fā)現(xiàn)松科、柏科、紅豆杉科、銀杏和蘇鐵等物種的基因組間存在高度一致的共線性，表明這些物種在演化過程中未經(jīng)歷譜系特有的古多倍化事件，并排除了古多倍化對裸子植物主要分支核型的影響。

進(jìn)一步的分析顯示，松柏類基因組間發(fā)生了頻繁的非同源染色體相互易位，特別是著絲粒–著絲粒相互易位。此外，柏目基因組中還發(fā)現(xiàn)了端粒–著絲粒相互易位。研究確認(rèn)，前者是松柏類核型演化的最主要模式，而后者在柏目植物的遞減異倍化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

研究團(tuán)隊(duì)利用圖論方法簡化了著絲粒–著絲粒相互易位的發(fā)生路徑，并重建了裸子植物從共同祖先核型到現(xiàn)代核型的詳細(xì)演化路徑。結(jié)果顯示，在松科中，多次共有著絲粒–著絲粒相互易位和特有因素，導(dǎo)致了染色體的重新組合；在柏目中，幾乎所有的染色體都相對于共同祖先核型發(fā)生了重新組合。

研究人員還探討了兩種易位可能的發(fā)生機(jī)制及潛在影響。他們認(rèn)為，松柏類中普遍存在的拉布爾構(gòu)型和著絲粒區(qū)域的重復(fù)序列，可能促進(jìn)了著絲粒–著絲粒相互易位的發(fā)生；而端粒–著絲粒相互易位，可能偶然發(fā)生于減數(shù)分裂時(shí)期；端粒花束結(jié)構(gòu)的形成，則可能促進(jìn)了端粒–著絲粒的互作和易位。這一成果，不僅加深了人們對裸子植物核型演化的認(rèn)識(shí)，也為植物染色體演化研究提供了重要參考。