昆明植物所在南方菟絲子基因組學研究中取得進展

　　自然界絕大部分植物都通過葉片的光合作用和根部的水分和營養吸收維持自養生存，而寄生植物則是一類通過寄生在自養植物上獲取能量和營養的植物。寄生植物獨特的起源、演化和特殊生理生態長期以來吸引著研究者的目光。旋花科莖寄生植物菟絲子寄生行為在實驗室中方便控制和觀察，近年來已成為許多探索寄生植物生理生態和進化生物學的重要研究對象。為了解密菟絲子屬植物的演化，同時也為以菟絲子為模型的寄生植物生理生態研究提供重要資源和基礎，近日，中國科學院昆明植物研究所功能基因組學與利用團隊吳建強研究組，以南方菟絲子（Cuscuta australis）為對象（圖1），通過全基因組和轉錄組測序，獲得了首個寄生植物高質量參考基因組。研究組通過比較基因組學、分子進化等分析獲得了大量信息，為了解寄生植物的演化、寄生植物與寄主間的互作提供了重要基礎。

　　吳建強研究組利用純三代測序技術獲取了高質量南方菟絲子參考基因組，結合基因系統發育分析與共線性分析，發現菟絲子屬與番薯屬植物的共同祖先在約750萬年前分化前經歷了一次全基因組三倍化加倍事件（圖2），之后菟絲子經歷了快速進化以及大規模的基因丟失。研究者設計了一套嚴格而精確的生物信息學分析方法對菟絲子全基因組基因丟失事件進行了系統分析，發現自養植物中保守的基因約11.7%在菟絲子基因組中發生了丟失。丟失基因大部分與光合作用、根和葉的功能與發育、植物抵御逆境與脅迫和基因的轉錄調控等相關。非常有趣的是菟絲子基因組中還丟失諸如FLC、 FRI、SVP、AGL17和CO等重要的開花決定基因（圖3）。這些在自養植物中非常重要的基因在菟絲子中的丟失很可能和它根和葉片的退化相關。菟絲子的寄生習性離不開其特有器官吸器的演化。研究者發現約三分之一的吸器高表達基因與自養植物根的高表達基因相同。結合轉錄組數據、基因選擇壓力分析和基因家族擴張分析，該研究中找到了一系列可能與吸器功能和發育相關的基因。其中大量基因功能集中在營養獲取和細胞壁分解中，包括果膠酯酶、絲氨酸羧肽酶和各種轉運蛋白，此外另有大量無法注釋功能的新基因有待進一步的研究。

　　該研究結果以Large-scale gene losses underlie the genome evolution of parasitic plant Cuscuta australis 為題在線發表于《自然-通訊》（Nature communications）雜志。副研究員孫桂玲、博士研究生許宇星以及博士劉暉為論文共同第一作者，吳建強為論文通訊作者。該研究得到了中科院先導專項（B類）項目的資助。

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　　圖1. 盤繞生活在寄主身上的南方菟絲子（Cuscuta australis）

　　圖2. 菟絲子屬與番薯屬植物在祖先分化前約750萬年前共同經歷了一次全基因組三倍化加倍事件

　　圖3. 南方菟絲子基因組在演化過程中發生了劇烈的基因丟失