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科研进展

昆明植物所研究揭示水平基因转移促进陆生植物进化

文章来源:生物多样性与生物地理学重点实验室  |  发布时间:2012-11-08  |  作者:乐霁培  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

转基因食品的安全风险是当前的热议话题之一,然而在自然界里,物种间的基因转移可能频繁发生,并对不同物种的遗传进化有深刻的影响。近期的一项科学研究表明在陆生植物起源演化的早期阶段,物种间的水平基因转移可能促进植物由水生环境向陆生环境转变。

水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT),又称横向基因转移(lateral gene transfer, LGT),是指不同物种间,或是单个细胞内不同细胞器之间遗传物质横向传递的过程。相对于垂直基因转移(亲代传递给子代)而言,水平基因转移突破不同物种间的生殖隔离,使得自然界各种生物之间的遗传物质交流更加复杂多样。目前已知HGT在原核生物以及单细胞真核生物中普遍发生,但在多细胞真核生物中,HGT往往被认为较少发生。

在中国科学院创新团队国际合作伙伴计划以及美国国家自然科学基金联合支持下,中国科学院昆明植物研究所孙航研究员课题组以及青藏高原研究所昆明部杨永平研究员、胡向阳研究员课题组与美国东卡罗莱纳大学黄锦岭教授课题组合作,对陆生植物基部类群小立碗藓(Physcomitrella patens)进行了基因组学分析,结果发现小立碗藓基因组中有57个基因家族共128个基因为HGT起源,分别来自细菌、真菌以及病毒。进一步的基因功能注释分析表明,绝大多数横向转移得来的基因与植物生长、调节和抗逆等诸多生理过程密切相关,如维管束形成、侧根产生、角质层以及表皮细胞的形成及分化、植物生长调节剂生物素的合成、DNA分子损伤修复以及抗寒旱和病害等。这些基因的获得可能有助于早期陆生植物适应生长环境由水生向陆生的转变,从而对陆生植物的长期进化有着深远影响。

该研究首次揭示了在植物基因组中大量横向转移基因的存在,并探讨了可能的转移机制,对进一步理解HGT在多细胞真核生物进化中的作用具有重要的意义。研究成果在Nature Communications 上在线发表http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n10/full/ncomms2148.html, 该成果被杂志选为当期研究亮点, 并配发专文介绍http://www.nature.com/ncomms/press_releases/ncomms1012.html

 

苔藓植物水平基因转移发生示意图


 

不同阶段水平基因转移对植物进化的影响


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