“植物界的大熊猫”——苏铁基因组和种子植物早期演化研究完成
你对苏铁这个名字感到陌生吗?其实我们常说的“铁树开花”中的铁树,其学名便是苏铁。
作为最原始的种子植物,苏铁具有极其重要的科学价值、生态价值和经济价值,可以说是“植物界的大熊猫”。然而,苏铁的基因组较大,结构复杂,为科学研究工作增添不少难度。现存最原始种子植物中,仅苏铁分支一直缺少完整的基因组图谱。
昨日,深圳市城管和综合执法局召开新闻发布会。记者从会上获悉,4月18日,《自然-植物》以封面文章在线发表了题为《苏铁基因组和种子植物早期演化》的研究成果。文章的发表,代表种子植物基因组演化研究中的最后一块拼图完成,种子植物各大分支的基因组到现在均已覆盖。
据悉,《苏铁基因组和种子植物早期演化》一文由深圳市仙湖植物园、深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明植物研究所、兰州大学、中国环境科学研究院、河南大学和南京林业大学等22个机构65位科学家联合完成。
探明苏铁时空演化规律
项目团队基于现存苏铁339种植物的转录组数据,重建了苏铁类自身的系统发育关系,并通过分子数据和化石证据,明确了苏铁的时空演化格局。
“我们选取苏铁类最基部的类群、同时也是中国特有的古老残遗种-攀枝花苏铁作为测序材料。”该论文共同通讯作者、深圳华大生命科学研究院刘欢说,“通过不同的测序技术,确定苏铁基因组大小为10.5Gb,共注释了32353个蛋白编码基因,这也是目前裸子植物中最高质量的大基因组图谱。”
“仙湖植物园自1989年开始收集和繁殖苏铁类植物,目前引种保育了来自全世界240余种苏铁植物。”该论文共同通讯作者、深圳仙湖植物园张寿洲表示。
据悉,2017年,仙湖植物园、深圳华大生命科学研究院、中科院昆明植物所联合发起苏铁基因组项目,旨在推进生物多样性、进化、生态保护及各种重要基础科研和农业应用转化问题的研究。
发现苏铁性别决定区
目前,绝大多数苏铁被世界自然保护联盟红色名录列为极度濒危物种,也是我国国家一级重点保护植物。
此次研究发现了苏铁的性别决定区和潜在的性别决定基因。研究团队通过对62株雌雄苏铁群体(源于四川攀枝花苏铁国家级保护区)进行测序分析,在雄株的Y染色体中找到了雌雄表达差异最大的一个基因,该基因编码一个MADS-box转录因子,推测其调控雌雄苏铁的性器官发育。该转录因子的同源基因也仅能在雄株基因组中检测到,说明了该性别决定机制在苏铁类植物中具有普遍适应性。
苏铁抗虫基因成功应用于棉花
“苏铁中的细胞毒素蛋白能够杀死一些常见昆虫,如棉铃虫、小菜蛾等,目前已通过基因重组技术将其成功应用于棉花,事实证明其杀虫效率比现有抗虫棉更高,可在棉花种植中进行推广。”张寿洲说。
苏铁还有很多待研究发掘的实用价值,譬如药用价值上,苏铁全身均可入药,叶片提取物有抗癌活性,在治疗癌症、艾滋病等多种疾病的药物中均有应用。
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