圓葉白粉藤(Cissus rotundifolia)屬于葡萄科白粉藤屬多年生藤本植物,主要分布在非洲東部的稀樹草原、干旱和半干旱地區,為常綠攀緣植物,葉片肉質化,具有顯著的抗旱能力。
在中國科學院中-非聯合研究中心的組織下,武漢植物園王青鋒研究員團隊聯合中科院植物研究所、喬莫·肯尼亞塔農業與技術大學等機構,對圓葉白粉藤進行了全基因組解析及其適應性機制研究。采用二三代測序和HiC技術相結合的方法共獲得371.1Mb大小的基因組序列,scaffold N50達到27.6 Mb,94.53 %的序列被錨定到12條染色體上,共鑒定出30,824個蛋白編碼基因。
研究發現,圓葉白粉藤約在60.19–84.68百萬年前與葡萄發生分化。其基因組并未發生獨立的加倍事件,其較小的基因組可能與約在9.7萬年前發生過一次轉座子爆發和有效偏好性的轉座子消除有關。與葡萄染色體的共線性以及祖先核型預測分析表明,圓葉白粉藤分化過程中發生過多次染色體重排和染色體片段復制事件。與葡萄相比,圓葉白粉藤中顯著擴張的基因家族如:HSP-20, NBS-LRR等可能與其適應干旱生境有關。景天科酸代謝途徑(CAM)關鍵酶展示出明顯的晝夜表達節律,支持了圓葉白粉藤中存在高水分利用效率的CAM代謝,為研究葡萄科中CAM途徑的起源提供了線索。此外,文章還就多肉植物在功能基因家族的共進化方面進行了分析和討論。
相關研究成果以A genome for Cissus illustrates features underlying the evolutionary success in dry savannas為題,在線發表在期刊Horticulture Research。辛海平研究員、王毅副研究員、李青云博士生、萬濤研究員為論文共同第一作者,植物研究所梁振昌研究員、美國國家自然歷史博物館文軍博士、武漢植物園王青鋒研究員為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金(31961143026)、中科院中-非聯合研究中心研究專項(SAJC201614和SAJL201607)等項目的支持。
圖1 圓葉白粉藤的形態特征和基因組進化
圖2 圓葉白粉藤的染色體重排