《蘇鐵基因組和種子植物早期演化》成果于4月18日晚上11點在國際植物學頂刊《Nature Plants》榮登封面文章,這在深圳市城市管理和綜合執法局支持的科研項目中屬首次。文章的發表代表著種子植物基因組演化研究中的最后一塊拼圖完成,種子植物各大分支的基因組到現在均已覆蓋。
深圳市城管和綜合執法局4月19日公布,項目由深圳市仙湖植物園聯合深圳華大生命科學研究院、中國科學院昆明植物所、蘭州大學、中國環境科學研究院、河南大學以及南京林業大學等22家單位65位科學家共同完成;該文章的發表,代表著種子植物基因組演化研究中的最后一塊拼圖完成,種子植物各大分支的基因組到現在均已覆蓋。
該成果是仙湖植物園2022年第二篇發表在國際著名學術期刊的文章。2022年1月, 植物園李凌飛博士等人在《新植物學家》發表了《秋海棠基因組揭示其多樣性形成及適應性進化機制》,兩篇文章加上2021年3月份發表的《望春玉蘭基因組揭示了其高揮發油含量的遺傳基礎》是仙湖植物園與深圳華大生命科學研究院等共同主持并完成的第三個成果。
攀枝花蘇鐵是我國特有物種,也是全球蘇鐵類分布緯度最北類群,其基因組較大,結構復雜。給科研工作增添了不少難度。該成果以攀枝花蘇鐵為研究對象,通過不同的測序技術,確定蘇鐵基因組大小為10.5 Gb,共注釋了32,353個蛋白編碼基因,這是目前裸子植物中最高質量的大基因組圖譜,研究成果數據公開分享,全球的科學家均可免費下載。
蘇鐵起源于2億7千萬年前,一直以來被認為是活化石,其在種子植物“生命之樹”位置也一直有爭議,項目團隊明確了蘇鐵的系統位置,證實了現在的蘇鐵類群是在中新世以來氣候劇烈變化引起的輻射演化,也就是說現在的蘇鐵并不古老,其分化多在1100-2000萬年之間。
研究者首次發現: 現存裸子植物的最近共同祖先可能經歷了一次古老的全基因組復制事件并命名。這個加倍與種子起源相關, 許多關鍵創新性狀如種子發育、花粉、次生生長相關的基因家族均發生了創新或擴張。
對蘇鐵不開花時雌雄難辨這一情況,項目團隊通過62株雌雄蘇鐵群體測序,確定了蘇鐵的性別決定系統為XY系統,與人類一致。發現了性別決定的關鍵基因MADS-Y基因,推測其調控雌雄的性器官發育。蘇鐵和銀杏保留精子,肉眼可見,是整個生物界最大的,具鞭毛能運動,通過與鞭毛結構相關的基因組數據挖掘,進一步證實了蘇鐵在種子植物演化中古老的地位。
項目組基于基因重組技術,發現在蘇鐵中的細胞毒素蛋白對小菜蛾和棉鈴蟲有顯著致死性,目前該發現已經應用在抗蟲棉的創制,事實證明比現有的抗蟲棉效果更高,可在棉花種植中進行推廣,因其毒性蛋白屬植物來源, 也使其對玉米等農作物具有更安全更高的保護性。
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