在最近的一項研究中，維爾茨堡植物學家KenjiFukushima領導的團隊研究了肉食性豬籠草豬籠草的基因組結構，并展示了多倍體(細胞中擁有兩組以上染色體的現(xiàn)象)如何促進進化創(chuàng)新。福島是維爾茨堡朱利葉斯·馬克西米利安大學(JMU)植物學I主席工作組的負責人。
該研究結果現(xiàn)已發(fā)表在《自然植物》雜志上。
追尋亞基因組優(yōu)勢
植物基因組以其復雜的結構而聞名，對具有多組染色體的多倍體基因組的研究使研究人員能夠回答有關遺傳學的深刻問題。布法羅大學的VictorAlbert教授表示：“我們的研究結果不僅提供了對豬籠草基因組適應性景觀的重要見解，而且拓寬了我們對多倍體如何刺激新功能進化的理解。”阿爾伯特是該研究的共同高級作者。
一個核心問題涉及所謂的亞基因組優(yōu)勢機制，它影響多個染色體組上基因的保留和表達。
這個過程通常會產(chǎn)生一個基因更豐富的顯性亞基因組。另一方面，隱性亞基因組會丟失基因。在他們的研究中，福島和他的團隊專注于以前未知的豬籠草基因組結構，并研究了亞基因組之間的復雜關系。
隱性亞基因組作為創(chuàng)新驅動力
利用現(xiàn)代高通量測序技術和生物信息學分析，研究人員能夠識別熱帶豬籠草中的十倍體基因組結構，即一個細胞中有10組染色體。在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)了亞基因組顯性的明顯特征，從而產(chǎn)生了一個顯性亞基因組和四個隱性亞基因組。
“然而，有趣的是，事實證明隱性亞基因組富含新基因。這一令人驚訝的發(fā)現(xiàn)表明隱性亞基因組對植物的進化適應做出了重要貢獻，”福島說。對于定義諸如用于捕捉昆蟲的豬籠草葉和雌雄異株(存在單獨的雄性和雌性植物)等性狀來說尤其如此。
在進一步的分析中，研究小組確定了隱性亞基因組上可以與這些獨特性狀相關的特定基因。一個有趣的例子是新發(fā)現(xiàn)的Y染色體上的雄性特異性基因，它可能在雌雄異體中發(fā)揮至關重要的作用。他們還發(fā)現(xiàn)了一組在捕蟲籠中特異性表達的基因，這些基因可能有助于豬籠草食肉動物的進化。
在農業(yè)中的可能應用
除了研究細小豬籠草的遺傳學之外，該研究還有助于人們普遍了解多倍體在進化中的作用以及新基因如何產(chǎn)生。獲得的知識也可以應用于植物研究的其他領域，并提高我們對植物基因組以及植物如何形成復雜而新穎的性狀的理解。此外，這些結果可以得出有關植物多樣性和適應性的一般結論，并且可以為農業(yè)做出有價值的貢獻。
“營養(yǎng)物質運輸和繁殖的機制在那里特別令人感興趣，”福島解釋道。該研究的結果有助于更好地了解這些過程，從而有助于可持續(xù)和高效的農業(yè)實踐。
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