杜鹃花属是中国物种最多的植物属，已确认600多个物种。其中，常绿杜鹃亚属（subgenus Hymenanthes）拥有最多的杜鹃花种质资源，具有较强的环境适应能力。中国西南部是世界上杜鹃花分布最为丰富的地区；其中贵州省具有大面积的喀斯特地貌，从而孕育出了一些独特的地区性杜鹃花属物种。其中一个典型代表是来自于贵州百里杜鹃自然保护区的喀斯特适应种——百里杜鹃（Rhododendron bailiense Y.P.Ma, C.Q.Zhang &
D.F.Chamb.）。然而，关于拥有喀斯特适应能力的杜鹃花的进化和环境适应性机制尚属未知。喀斯特地貌约占我国陆地面积的33%，约占世界陆地总面积的15%。通过种植喀斯特适应植物，可保护当地的水土状况，防止荒漠化。因此，研究植物对喀斯特环境的适应性具有重要意义。
近日，Journal of Systematics and Evolution（JSE）在线发表了贵州大学农业生物工程研究院/生命科学院乔光教授研究团队题为“Chromosome‐level genome assembly of a rare
karst-growing Rhododendron species
provides insights into its evolution and environmental adaptation”的研究论文（https://
doi.org/10.1111/jse.13130）。该研究以常绿杜鹃亚属的百里杜鹃作为研究对象，解析了其基因组进化特征及环境适应性机制。
研究人员利用三代基因组测序技术（PacBio HiFi）对百里杜鹃进行了全基因组测序，并从头组装了高质量的染色体水平百里杜鹃基因组（图1）。该基因组的大小为923.3 Mb，contig N50值为24.5 Mb，在现有的杜鹃花基因组中处于前列，共鉴定出47,567个基因。百里杜鹃的进化历史与其他常绿杜鹃亚属物种存在较明显差异。它早于其他同亚属物种分化为独立物种，并在此过程中经历了剧烈的功能基因组变化，包括2,995个基因家族的显著扩增和2,194个基因家族的显著收缩。这些变化主要集中在“胁迫响应（Stress response）”和“生长（Growth）”领域，显示出与其他常绿杜鹃亚属物种不同的模式。其中，“钙离子跨膜转运蛋白”、“氧化还原酶”和“超敏反应”相关基因的扩增最为显著，这可能解释了百里杜鹃如何适应喀斯特环境。
图 1. 百里杜鹃基因组测序和组装、“锚蛋白重复序列”（ankyrin repeats，ANKs）基因与“钙离子 ATP 酶”（Ca2+-ATPases，CAPs）基因
百里杜鹃的基因组中包含高拷贝的“锚蛋白重复序列”（ankyrin repeats，ANKs）基因和“钙离子 ATP 酶”（Ca2+-ATPases，CAPs）基因（图1），这两组基因主要负责Ca2+的运输，揭示了百里杜鹃应对喀斯特高钙胁迫的机制。近端重复是这两个基因家族的主要复制模式。在表达方面，这两个基因家族显示出以基因簇为单位的协同表达模式，同一基因簇内的基因表达模式较为相似。结构上，ANKs成员之间呈现出差异性进化特征，而CAPs展现出保守性。此外，具代表性的ANK27的三维结构与动物中的同源蛋白略有不同，而CAP7的三维结构则与动物（兔子）中的同源蛋白相似，并具有保守性的GLU432位点。这表明ANKs在发挥功能时可能与动物有所不同，而CAPs则具有与动物类似的功能特征。该研究为杜鹃花属植物的进化及喀斯特环境适应性提供了新见解，可能有助于杜鹃花的适应性育种及栖息地的生态改善。
贵州大学-上海交通大学联培博士研究生文苏麟为该论文的第一作者，贵州大学农业生物工程研究院/生命科学院乔光教授为通讯作者。课题组成员蔡晓薇、杨鹍、候黔东、冷雨鑫，贵州大学范付华教授、王倩副教授，浙江理工大学张冰雪博士，上海交通大学申晓辉教授等也参与了该研究。该研究得到了贵州省农业农村厅种子工程专项（2022-2023）、贵州省创新人才计划（2016-4010）、国家引导地方科技发展基金（2023-009）以及贵州省科技计划项目（YQK [2023]008）的资助。
责编：王率真
Journal of Systematics and Evolution (JSE)是以分类、系统发育和进化为核心内容，以描述和理解生物多样性为服务目标的多学科综合性国际学术期刊，主要发表系统与进化生物学领域的研究成果。JSE是中国科学院期刊分区表生物学大类1区期刊，中国科技期刊国际影响力提升计划项目（2013–2018）和中国科技期刊卓越行动计划项目（2019–2023）支持期刊。最新JCR影响因子3.4，排名60/265，位于Q1区。获第三届、第四届中国科协优秀科技论文奖。2023年连续第十二年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”奖。
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