四川农大利用三叶木通基因组揭示双子叶植物早期可能的全基因组复制事件及其对古代极端环境的适应

双子叶植物包含早期分化的基部双子叶植物和现存物种数量最多的核心双子叶植物类群。系统发育研究表明，这种数量差异可追溯到白垩纪中期核心双子叶植物谱系的快速辐射。长期以来，全基因组复制（WGD）被认为是所有真核生物（尤其是植物）的重要进化力量，常常与物种分化的多样性有关。并且在环境胁迫期间，WGD事件会增加，这表明WGD会提高植物的适应性。因此，基部和核心双子叶植物的环境适应性是否存在差异是一个有趣的科学问题。

2022年11月19日，四川农业大学植物遗传和育种省级重点实验室罗培高团队在《Plant journal》在线发表研究论文《The chromosome-level genome of Akebia trifoliata as an important resource to study plant evolution and environmental adaptation in the Cretaceous》（https://doi.org/10.1111/tpj.16011），利用三叶木通基因组揭示了双子叶植物早期可能的WGD事件，以及其如何适应极端环境的变化。中国农业科学院植物保护研究所、中国林业科学院林业研究所为共同第一单位，电子科技大学生命科学与技术学院、贵州大学药用植物繁殖与栽培重点实验室、百迈客等为合作单位。

三叶木通是基部双子叶植物的代表植物，多年生攀援藤本，广泛分布于世界许多地区，尤其是在中国、韩国和日本等东亚地区。在我国，三叶木通被用作一味传统的中药材已有超过2000年，历史十分悠久。而在近年来，三叶木通也被作为水果进行开发，常被称为八月瓜，具有丰富的营养价值，尤其是富含芳香族氨基酸；同时，三叶木通种子富含脂肪酸，脂肪酸占比构成合理，是极具潜力的油料植物；而三叶木通花期长，挂果期长，半落叶的特性，也让其具有成为优良的园林绿化植物的潜力。三叶木通的营养、健康、美学和生态价值正得到越来越多的关注，被作为一种食药油赏同源植物得到了更广泛的开发。与此同时，除了巨大的经济价值外，三叶木通作为基部双子叶植物的典型代表，在双子叶植物早期演化研究中也具有重要意义。

该研究通过对三叶木通基因组以及相关基部双子叶植物、核心双子叶植物的WGD分析，发现三叶木通中存在两次WGD事件，分别发生在约8500多万年前和约1.4亿多年前，前者是三叶木通中特异的WGD，后者发生在双子叶植物分化的早期（θ事件），同时还鉴定出另一个只存在于核心双子叶植物中的WGD（ω事件）。进一步对重复基因功能富集分析结果表明，θ事件更多保留了能响应盐、二氧化碳和干燥等环境因素引起的极端胁的重复基因，而ω事件的更多保留了能够响应干旱或水分胁迫的基因，这说明通过ω事件复制的基因可能更好的适应了白垩纪中期的干旱环境，从而协助核心双子叶植物的快速辐射。

总体而言，该研究释放了三叶木通基因组资源，厘清了三叶木通的核型的争论，并且鉴定了现存分类最大分支的双子叶植物古老WGD可能出现的时间，为三叶木通的基础与应用研究提供了参考。值得一提的是，在对三叶木通WGD鉴定过程中，该文认为由于物种演化的年代十分久远，古老的WGD事件在演化选择压力过程中存在的痕迹易于丢失、难以鉴定，在现存部分物种中没有鉴定到WGD事件也不能充分说明其未曾发生过，这对WGD事件的分析提供了有价值的见解。

转自：“iPlants”微信公众号

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