全球資訊：“懶漢”植物是這樣煉成的

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科普時報(bào)訊（記者趙漢斌）寄生植物是植物中的“懶漢”，列當(dāng)科是目前已知的唯一一個包含所有寄生類型的寄生植物支系。近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)團(tuán)隊(duì)，從具有不同寄生生活方式的列當(dāng)科物種的比較基因組學(xué)入手，揭示了列當(dāng)科植物寄生的起源，以及逐步演化的進(jìn)程。《分子植物》最新一期發(fā)表了相關(guān)研究成果。

“自養(yǎng)植物演化而來的寄生植物，包含了從起初僅從寄主獲取一些水分和礦物營養(yǎng)作為補(bǔ)充的兼性半寄生植物，以及必須依賴寄主才能完成生活史的專性寄生植物，再逐漸演化到完全丟失光合作用能力的全寄生植物。”吳建強(qiáng)研究員介紹，在有花植物中，已知有12或13次獨(dú)立起源的寄生植物支系，其中大部分支系中半寄生物種已經(jīng)滅絕，只剩下全寄生物種。

研究團(tuán)隊(duì)對列當(dāng)科的綠春鐘萼草、向日葵列當(dāng)和埃及列當(dāng)兩種重要的寄生雜草，進(jìn)行了全基因組測序，并與已發(fā)表的兼性半寄生植物松蒿和馬先蒿，以及專性半寄生植物獨(dú)腳金作了比較基因組學(xué)分析。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著寄生習(xí)性加深，列當(dāng)科的寄生植物基因組大小和基因數(shù)量并沒有發(fā)生劇烈收縮。相反，與自養(yǎng)的鐘萼草相比，半寄生和全寄生的列當(dāng)科植物基因組都更大，基因數(shù)量也更多。

“吸器是寄生植物特有的器官，幫助寄生植物與寄主建立物理連接，從而進(jìn)行寄生生活。”昆明植物研究所許宇星博士介紹，通過吸器轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，他們鑒定了這些寄生植物基因組中與吸器相關(guān)的基因，并發(fā)現(xiàn)這些吸器相關(guān)基因也發(fā)生了劇烈的擴(kuò)張。

歷史上，這樣重要的擴(kuò)張?jiān)袃纱危淮问怯杉s7348萬年前的古加倍事件造成的，此時寄生習(xí)性尚未出現(xiàn)；第二次是較近期各寄生植物分化后獨(dú)立出現(xiàn)的基因加倍。通過與中性進(jìn)化模型進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，雖然古加倍事件比寄生習(xí)性早出現(xiàn)了約3500萬年，但對吸器起源起到了重要作用。

通過基因家族進(jìn)化分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些寄生植物中基因家族的收縮和擴(kuò)張同樣劇烈。此番關(guān)于列當(dāng)科寄生植物的基因組演化的發(fā)現(xiàn)，支持了寄生習(xí)性三段式的演化過程。

“也就是說，列當(dāng)科寄生植物首先獲得吸器，與寄主建立物理連接，隨后逐漸依賴寄主，開始丟失不必要的功能基因，并最終再獲得新基因，使其生理上實(shí)現(xiàn)更加特化和提高對寄主的依賴性。” 吳建強(qiáng)說。

標(biāo)簽： 寄生植物 半寄生植物 植物基因組