中科院遗传发育所合作在植物学一区top期刊（IF=9.3）发表根瘤共生固氮适应性演化方面的研究成果
学术
2024-10-02 16:37
法国
新基因的获取构成了性状创新的核心，而基因复制则是产生新基因的主要机制。根瘤中的共生固氮作用是自然界固氮活动的一个主要贡献者，尤其在豆科植物中尤为显著。不过，目前对于豆科植物中驱动根瘤共生固氮能力的遗传创新基础的研究仍较为缺乏，因此，探究豆科植物特有的基因在这一共生关系演化中的作用显得尤为重要。近期，《Journal of Integrative Plant Biology》（JIPB）在线发布了由中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜团队、崖州湾国家实验室李家洋院士团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳团队以及康奈尔大学Jeff J. Doyle团队合作完成的一项研究，题为“Duplication and sub-functionalization of flavonoid biosynthesis genes plays important role in Leguminosae root nodule symbiosis evolution” 的研究论文。研究揭示，豆科植物特有的基因是由基因复制事件产生的，并经历了强烈的负选择压力。KEGG分析表明，这些特有基因在黄酮合成通路中表现出富集现象。查尔酮异构酶（CHI）作为黄酮合成的关键酶，存在两种类型：type Ⅰ和type Ⅱ。值得注意的是，type Ⅱ CHI仅见于豆科植物，并可进一步细分为CHI1A和CHI1B两个亚型。进一步研究表明，在基因复制后产生的CHI1A和CHI1B在基因结构及其在根瘤共生固氮中的功能方面出现了分化。在大豆和蒺藜苜蓿中，抑制CHI1A的表达并未导致结瘤数量的明显变化。然而，当抑制CHI1B的表达时，则观察到了结瘤数量的显著减少。这表明，豆科植物特有的遗传创新和复制后基因的功能分化在其根瘤共生固氮能力的适应性演化中发挥了关键作用。图：豆科特异的CHI1在豆科根瘤共生固氮中的功能分化本研究的第一作者包括中国科学院遗传与发育生物学研究所的博士后刘腾飞、中国科学院分子植物科学卓越创新中心的博士后刘海月、中国农业科学院深圳农业基因组研究所的科研助理冼文飞以及中国科学院遗传与发育生物学研究所的博士毕业生刘智。田志喜研究员、李家洋院士、谢芳研究员和Jeff J. Doyle教授担任通讯作者。此外，研究还得到了袁亚钦、范敬伟、向帅盈、杨霞、刘羽诚、刘书林、张敏和申妍婷等人的支持，并获得了焦远年研究员和程时锋研究员的重要指导。本项工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导项目、中国科学院青年基础研究和科学探索奖等多个项目的资金支持。![]()
