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我所研究发现:质体基因组间存在重组

媒体:原创  作者:植物园联盟   专业号:植物园联盟 2025-04-23 15:08:11

日,我所植物系统发育基因组与生物信息学研究团队联合英国皇家植物园、中国科学院植物研究所在New Phytologist(中科院1区TOP,IF2024=8.3)发表了题为“Sliding-window phylogenetic analyses uncover complex interplastomic recombination in the tropical Asia-America disjunct plant genus Hedyosmum (Chloranthaceae)”的学术论文,我所为第一单位,我所李鹏伟副研究员和卢永彬副研究员为共同第一作者,张强研究员为通讯作者。英国邱园Alexandre Antonelli教授、中国科学院植物研究所王伟研究员、我所在读研究生朱正娟、我所覃信梅助理研究员参与了该研究工作。

质体(叶绿体)是植物进行光合作用的工厂。传统观点认为质体基因组为单亲(母系)遗传且不会发生分子间(同源)重组,质体DNA是植物系统发育研究中利用最多的分子标记。虽然越来越多的研究发现在一些植物类群中存在质体双亲遗传或父系遗传(渗漏),但目前自然界中是否真实存在质体间同源重组还不确定。

为弄清楚以上问题,该研究首次提出了基于“滑窗系统发育分析”检验质体间同源同组的方法,并阐明其理论依据和置信度统计检验概率计算。利用该方法在金粟兰科雪香兰属(Hedyosmum)中检测到强支持重组事件,揭示了重组过程及重组相关物种的时空演化历史。

图1 “滑窗系统发育分析”检验质体间同源同组原理示意图

图2 雪香兰属(Hedyosmum)内的不同进化历史。a,滑窗方法发现雪香兰属存在三种不同拓扑结构;b,不同窗口以及不同的建树方法对应的拓扑结构。

图3 基于两种不同拓扑结构的雪香兰分化时间估计(a-b)及历史时期全球温度变化(c)

该研究提供了一个强支持的质体分子间同源重组的案例,颠覆了自然界中质体分子间不重组的主流观点,并警示在基于质体DNA的系统发育研究中,应检验其是否存在谱系间重组的可能性,以免得出片面的甚至错误的系统发育关系。同时,提出了一个检验质体分子间同源重组的新方法,这一方法理论上也可用于检验核基因等其它分子间同源重组。

该研究得到了国家自然科学基金(31200174),广西自然科学基金(2025GXNSFAA069328, 2025GXNSFAA069230, 2021GXNSFAA196049)等项目资助。

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