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买麻藤类植物全基因组破译

  近日,由深圳市中科院仙湖植物园,中科院中-非联合研究中心、武汉植物园、植物研究所,英国皇家植物园邱园等10余家国内外知名院所联合开展的“裸子植物——买麻藤全基因组计划”取得重要进展。

  裸子植物和被子植物的起源、分歧及演化,是现代植物学科的基础热点领域。现存35万余种种子植物被分成苏铁类、松柏类、银杏、买麻藤类(裸子植物)和有花植物(被子植物)五大类。其中,买麻藤类植物因其独有的形态特征以及历史研究背景,一直受到世界植物学家的广泛关注。据目前认识,现代买麻藤类植物的出现始于早白垩纪,伴随着冈瓦纳古陆的分离,以现今非洲(主要在西非)为起源中心,逐步形成了洲际间断分布的物种多样性格局。一个多世纪来,科学界对买麻藤类植物的系统分类地位持续争论,不同假说层出不穷,迄今仍未有定论,号称“百年之争”。

  项目组通过对接近4.5G的买麻藤(G. montanum)进行了全基因组测序组装,同时结合转录组数据,对现今已发表的17种代表性陆地植物进行了全基因组比较及相关分析。研究发现,买麻藤的基因组特征显著区别于其他已发表的种子植物类群(针叶树、银杏、被子植物),其在内含子、重复序列进化等特征上,与现存最古老的被子植物无油樟“相似”。此外,买麻藤在种子植物保守功能基因集合(现存种子植物共享)上呈现出非常古老的状态,暗示其并未发生剧烈的家族扩张和收缩。

  该研究从基因组层面全面分析并呈现了买麻藤独有的“特质”,有助于对种子植物共同祖先的特定基因组特征进行推演和讨论,同时也对目前作为针叶树(Conifers)姐妹群的假说(Gnepine,Gnecup or Gnetifer)提供了新的思考和视角,暗示种子植物早期的演化可能更为复杂。

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