昆明植物所寄生植物水平基因轉移研究取得進展

發布時間：2014-01-17 14:49 原文鏈接：昆明植物所寄生植物水平基因轉移研究取得進展

　　新基因對物種的起源、演化及對環境的適應性具有重要作用，而水平基因轉移作為物種引入新基因的一條重要途徑，其發生規模和生物學意義在原核和低等真核生物中都研究得較為深入。在高等植物中，水平基因轉移的研究多集中在不同植物中的細胞器之間，而對發生在基因組之間的水平基因轉移報道很少，對其生物學意義的認識也更為匱乏。

　　中國科學院昆明植物研究所吳建強研究組、黃錦嶺研究組、河南大學的李鎖平研究組和中科院昆明動物研究所的文建凡研究組合作研究發現，一個新近在十字花科中起源的異胡豆苷合成酶類似基因(strictosidine synthase-like，SSL)，分別經水平基因轉移到了根寄生植物埃及列當(Orobanche aegyptiaca)和莖寄生植物南方菟絲子(Cuscuta australis)中，并且此基因在埃及列當中受到明顯的正選擇。在這兩種寄生植物的不同發育階段和組織樣品中，都具有較高的轉錄水平，并且在營養生長階段和吸器的組織中，表達量顯著升高，提示其可能參與營養生長和吸器的形成。在南方菟絲子中，該基因對蟲咬有轉錄水平響應，說明其可能參與抵御生物脅迫的過程。這些結果都暗示該基因在新的受體物種中仍可能執行重要功能。此外，對兩種寄生植物中此SSL基因序列分析發現它們仍然保留有十字花科基因中的內含子，所以推測轉移是發生在DNA水平，而不是RNA水平(盡管寄生植物會從寄主中轉運大量的多種mRNA)。經過比較不同的水平基因轉移發生機制，作者認為轉移極大可能發生在寄生植物與寄主的相互接觸的吸器及其周圍組織，后來這些組織發育成了分生組織，參與了種子的形成，進而被傳代下來;因為該基因的引入對物種進化(譬如寄生生活方式的進化)具有重要作用，進而在群體中被傳播開來。

　　該研究結果以Root parasitic plant Orobanche aegyptiaca and shoot parasitic plant Cuscuta australis obtained Brassicaceae-specific strictosidine synthase-like genes by horizontal gene transfer為題發表在BMC Plant Biology 雜志。

　　圖1 十字花科特有SSL和兩種寄生植物中外源SSL蛋白的分子系統分析和部分比對結果。寄生植物埃及列當和南方菟絲子的外源基因SSL在基因樹上用方框顯示(左圖)，基因樹GroupII中SSL保守氨基酸和缺失位點用陰影顯示(右圖)。

　　圖2 南方菟絲子中水平轉移基因CaSSL在不同發育階段和傷害處理后的轉錄水平變化。A，不同發育階段和組織中的轉錄水平變化：1，種子;2，剛發芽的種子;3，幼苗;4，預吸器;5，莖;6，莖尖;7，花蕾;8，花;9，未成熟的蒴果。每個發育時期配有照片。B，傷害處理后0-24小時之間的轉錄水平變化。