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睡莲基因组
山东拓普生物工程有限公司
Shandong Tuopu Biol-Engineering Co.,Ltd
福建农林大学张亮生课题组及其合作者本周发表了题为“The water lily genome and the early
evolution of flowering plants”的论文,报告了蓝星睡莲(Nymphaea colorata)的基因组,并通过其基因组和转录组测序结果展示了早期被子植物的进化特征。
睡莲一直是艺术家眼中的宠儿,在绘画和雕塑等艺术领域屡见不鲜。在古埃及,睡莲与中国的荷花一样,被视为圣洁、美丽的化身。法国印象派大师莫奈曾以睡莲为主题创造了一组画。
在这项研究中,作者利用PacBio RSII SMRT测序技术获得了蓝星睡莲的高质量基因组(409
M)。系统发育分析的结果表明,睡莲和无油樟(Amborellales)是早期的两个开花植物谱系,这可能是由于大约一亿多年前(1.47-1.85亿年)的全基因组复制事件。
开花植物,也称为被子植物,是陆地上种类最多的一类植物。目前有64个目,416个科,大约13,000个属和300,000个已知物种。睡莲科植物是古老的双子叶植物,也有某些单子叶植物的特征。因此研究它在被子植物中的进化具有十分重要的意义。
研究人员还发现,蓝星睡莲的ABCE基因在各个花器官中广泛表达,这表明了花发育的古老ABCE模型。早期被子植物的ABCE基因可能广泛表达,随着核心双子叶植物的进化,基因表达和功能可能由更专门的ABCE基因来调控。这也解释了睡莲的萼片和花瓣没有真正意义上的分化,与原始被子植物的花相似。
美国田纳西大学植物科学系的陈峰教授及其团队也参与了此项研究,他也是南京农业大学的客座教授。这个团队致力于分析睡莲中花香生物合成的遗传基础。“吸引传粉媒介的花香对植物的多样性以及农业生产都是至关重要的,”他说。
根据美国农业部的统计,世界上75%的开花植物和35%的粮食作物都依靠昆虫等动物来传粉和繁殖。许多传粉的动物都依靠花香来定位植物的花朵。“无油樟的花是没有香味的,因此,了解开花植物如何进化出香味很有意思,”陈教授说。他在2013年参与发表了无油樟的基因组。
“睡莲已经进化出诱人的花香和颜色,这是核心被子植物共有的特征,”陈教授指出。“我们分析的化学成分和生物合成基因表明,睡莲的香味与核心被子植物平行进化。由于其独特的系统发育位置,花香生物合成及其他性状揭示了所有被子植物的早期进化特征。”