《多国合作研究揭示角苔生物学特性及陆生植物起源》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-09-10
  • 角苔类植物是苔藓植物的一个支系,与其它陆地植物分化超过4亿年并且具有非常独特的生物学特征,包括一个非常独特的孢子体结构、蓝细菌共生系统以及一个基于蛋白核(pyrenoid)的碳浓缩机制(carbon-concentrating mechanism,CCM)。同时,作为苔藓植物中最早的分化谱系,角苔对于推断苔藓植物和陆地植物的特征演化和揭示最近共同祖先(the most recent common ancestor,MRCA)的性质至关重要。
    美国康奈尔大学Boyce Thompson植物研究所、瑞士苏黎世大学、日本金泽大学等研究人员合作,于2020年3月13日在Nature Plants上发表研究论文,报道了三个角苔属植物的高质量基因组,揭示了陆地植物起源,同时还发现了可能支撑植物获取碳和氮的特殊方法的基因。系统发育分析显示,角苔与苔类和藓类构成姐妹群,且支持率很高。角苔属植物的基因组上没有重复密集的着丝粒区域,同样也没有检测到全基因组复制事件,而且包含的转录因子也有限。被子植物分生组织和气孔功能中的几个基因在角苔属植物的基因组中比较保守,而且在孢子体发育过程中上调表达,表明这些基因可能在遗传水平上存在同源性。研究人员还鉴定了参与蓝细菌共生的基因,发现了一个衣藻CCM基因LCIB,只存在于角苔中,而在其它植物谱系中缺失,暗示该基因在CCM功能中可能的保守作用。该研究所报道的角苔属植物基因组将作为未来角苔研究和陆地植物比较研究的重要参考。
    宋琪 编译自https://www.nature.com/articles/s41477-020-0618-2.pdf
    原文标题:Anthoceros genomes illuminate the origin of land plants and the unique biology of hornworts

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  • 《昆明植物所与合作者揭示罂粟属物种的网状异源多倍化起源》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-04-28
    • 自然杂交和多倍化是物种形成和演化的重要驱动力,尤其对于被子植物,其导致的网状进化对基于二叉分枝理论的“生命之树”提出了挑战。然而,在全基因组水平解析植物网状演化的研究案例缺乏,究其原因在于具有全基因组序列的物种在属、科级水平的覆盖度与代表性不足。   罂粟属植物因其重要的药用、经济和观赏价值而备受关注,目前该属植物已经发表3个高质量基因组物种。其中,鸦片罂粟(Papaver somniferum)和渥美罂粟(Papaver setigerum)的形成涉及多倍化过程。该研究以三种罂粟属植物基因组为基础,结合亚基因组分型技术,对罂粟属植物的多倍体起源进行了细致的解析。研究发现,罂粟属植物的多倍化事件并非已经报道的简单的全基因组加倍,而是涉及复杂的网状异源多倍化(图1A-D)。此外,研究人员还利用LTR插入时间估计了各个物种的形成时间并进一步推断了物种形成过程(图1E,图2)。   基于该研究提出的基因组网状演化模型,STORR(吗啡合成的关键基因)的融合事件最有可能发生在A和C的祖先中,甚至最早可能发生于这个物种复合体的最近共同祖先中,并通过杂交方式传入鸦片罂粟和渥美罂粟的基因组中(图2)。总体而言,该研究不仅对于理解网状演化在生物多样化中的作用具有重要意义,还对理解吗啡生物合成途径的演化具有意义。   近日,中国科学院昆明植物研究所、山东省农科院和于默奥大学等单位的研究团队合作,在国际知名期刊Nature Communications在线发表了题为Subgenome-aware analyses suggest a reticulate allopolyploidization origin in three Papaver genomes的研究论文。中国科学院昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护团队保护园艺学与种质创新专题组博士研究生张仁纲、山东省农科院博士后鲁朝霞、源宜基因李光远为论文的共同第一作者。中国科学院昆明植物研究所马永鹏研究员、山东省农科院贾凯华博士和瑞典于默奥大学赵伟博士为论文的共同通讯作者。该工作还包含来自北京化工大学、济南大学、石家庄人民医专、扬益信孚(济南)生物科技有限公司、山东省林草种质资源中心、北京林业大学等合作者的贡献。该研究得到了国家重点研发计划(2022YFF1301702)、云南省自然科学基金重点项目(202001AS070019)、中国科学院西部之光及山东省农科院创新工程及瑞典研究理事会等项目的资助。
  • 《遗传发育所揭示苔藓植物精子释放的分子机制》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-06-18
    •     最早的陆地植物出现于距今4亿7千万年前,此后苔藓植物和维管植物各自独立演化。至今,地球上约有2万种苔藓类植物,是仅次于被子植物的第二大类群,分属于苔纲、藓纲和角苔纲三个纲。地钱作为苔纲的代表植物,具有雌雄异株、单倍体主导生活史、基因组简单、冗余性低等特点,适合作为模式植物来进行研究。不同于被子植物的管粉受精模式,包埋于地钱雄性生殖托的精子囊在精子成熟后会在水的浸润下释放出游动的精子。随后,精子可随液滴飞溅至雌性生殖托,并游动进入颈卵器与卵细胞结合,完成受精。然而,地钱精子囊遇水释放精子的分子机制尚不清楚。     近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所李红菊研究组发掘了地钱雄性生殖结构的转录组数据,鉴定到四个地钱Mildew resistance Locus O(MLO)基因家族成员(MpMLO1-4)。MLO家族蛋白是植物特有的,具有7次跨膜结构域和羧基端钙调蛋白结合结构域。在被子植物中,MLO家族蛋白分化出较多功能,如参与调控免疫识别、根的形态建成、丛枝菌根共生以及花粉管的导向等。研究显示,四个MpMLO成员均只在地钱生殖结构中表达。进一步,研究发现,在地钱精子囊成熟过程中,MpMLO1特异表达在地钱精子囊外被层顶端细胞中,并通过介导细胞质钙信号来诱导顶端细胞的程序性死亡。精子囊外被层顶端细胞的凋亡使得外界水进入精子囊,并最终引起精子囊破裂,从而实现精子释放。     近日,相关研究成果以MpMLO1 controls sperm discharge in liverwort为题,发表在《自然-植物》(Nature Plants)上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划的支持。