植物所發現植物細胞器基因組新的演化模式

　　質體和線粒體是內共生起源的細胞器，在高等植物中有不同的遺傳特征，相較于動態復雜的線粒體基因組，質體基因組的結構和序列更保守。在基部維管植物石松類卷柏科植物中，這兩種細胞器基因組表現出相似的特征，但是造成二者趨同演化的機制尚不清楚。 

　　中國科學院植物研究所研究員張憲春研究組從事石松類和蕨類植物的分類和進化研究。近期，研究團隊結合二代與三代DNA測序技術，揭示卷柏科植物存在結構變異復雜的質體與線粒體基因組。研究人員通過生物信息學分析發現，在伏地卷柏（Selaginella nipponica）188-kb的質體基因組的主構象中存在三個核糖體操縱子拷貝，可轉換成包含兩個近乎等比例存在的110-kb和78-kb的亞基因組構象；伏地卷柏的線粒體基因組包括總長為110-kb的27條contigs，所有contigs的兩端均含有同向重復序列，可介導多種構象的相互轉換。兩種細胞器基因組共享較多的tRNA缺失、高GC含量和高堿基替換速率以及復雜的結構變異等特征。該研究對苔蘚、石松、蕨類和種子植物中控制細胞器DNA復制、重組和修復系統的核基因進行比較分析，發現質體靶向的基因有不同程度的減少甚至丟失；而作用于質體和線粒體的雙靶向基因數目與序列均保守并正常轉錄。基于此，該研究提出如下假說：由于質體靶向修復系統的弱化和缺失，雙靶向的核基因在卷柏質體基因組中復制、重組和修復中發揮重要作用，是質體與線粒體基因組趨同演化的重要因素。該研究揭示早期陸地植物卷柏中獨特的細胞器基因組演化模式及機制，拓展對植物界細胞器基因組演化的認識。 

　　相關研究成果在線發表在The Plant Journal上。張憲春研究組博士研究生Jong-Soo Kang為論文第一作者，植物所副研究員向巧萍為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金委項目和中國政府獎學金的資助。　　

卷柏中同向重復序列介導的多分子質體基因組模型

卷柏科植物中質體和線粒體基因組的趨同演化模型