文章圖片

內蒙古黑里河油松林 賈黎明攝
■采訪人員 溫才妃 通訊員 楊金融
“松柏本孤直，難為桃李顏”“大雪壓青松，青松挺且直”……古往今來，不乏人們對松樹高直品格的贊美 。
【中國松|“中國松”背后的基因密碼破解】作為我國特有的鄉土針葉樹種，油松的生態適生區達300萬平方公里，因此也被稱為“中國松”，但油松的基因密碼一直是未解之謎 。
北京林業大學針葉樹遺傳育種團隊聯合瑞典農業大學、美國密歇根理工大學等6個國家11家單位的科研人員，共同揭示了油松演化關鍵特征的遺傳基礎，為深入理解針葉樹演化機制提供了重要參考 。12月29日，相關研究成果在線發表于《細胞》 。
解開針葉樹基因組龐大之謎
“被子植物基因組的眾數值僅為0.6Gb（千兆堿基對），但針葉樹卻高達17Gb，油松基因組大小更是高達25.4Gb 。”據論文共同第一作者兼通訊作者、北京林業大學生物科學與技術學院副教授鈕世輝介紹，針葉樹具有巨大的基因組，是研究植物基因組不同演化模式的理想對象，也是研究超大基因組如何保持穩定性與功能性的絕佳案例 。
針葉樹基因組的巨大性主要來源于轉座元件，其含量高達70%至80% 。這些可自我復制的“入侵性”轉座元件一旦被激活，對于整個基因組的穩定性來說將是一種災難，不僅會引發難以預料的突變風暴，還有可能造成整個基因組的崩潰 。
“所以針葉樹必須進化出一套嚴密的監管系統，最大限度抑制這些轉座元件的活性 。DNA甲基化很可能是其中核心的監管機制，我們發現油松具有迄今為止植物中報道過的最高的DNA甲基化水平 ?！闭撐墓餐谝蛔髡?、北京林業大學博士后李江說 。
然而，這種嚴密的監管有一個副作用 ?！八瑫r抑制了基于同源重組的重復序列的清除效率，也就是說，轉座元件一旦復制便很少有機會被清除，因此針葉樹的基因組演化進入了一個死胡同—— 一直膨脹 。”鈕世輝指出，在超劑量轉座元件的沖擊下，強大的DNA甲基化監管系統是維持基因組穩定性的迫不得已的手段，但同時也“鎖死”了基因組縮小通路，造成針葉樹基因組的膨脹僅有一張“單程票”，這可能就是針葉樹都具有巨大基因組的原因 。
針葉樹保持基因組功能性的秘密
據李江介紹，該研究組裝了首個染色體水平的松樹基因組，發現針葉樹基因組在膨脹的過程中，其基因長度也在成正比地增大 。油松基因中具有大量的超長內含子，其平均內含子長度達10kb（千堿基），是被子植物的20倍 。由于大量單個基因的長度甚至超過此前針葉樹基因組組裝碎片的長度，因此，許多超長基因的全長序列為該研究首次鑒定到 。
令人驚奇的是，這些超長內含子似乎并沒有給臃腫基因的轉錄帶來負面影響，與預期相反，超長基因傾向具有更高的表達活性 。而在被子植物中，內含子中插入5.8kb的T-DNA到基因區通常會完全阻斷靶基因的表達 。針葉樹這種罕見的轉錄調控能力可能依賴于基因組中數量加倍的轉錄調控因子（TR）參與，同時也保障了針葉樹超大基因組的功能性 。這種對超大基因轉錄負擔的耐受性和偏好性，可能是針葉樹與被子植物完全不同的基因組演化策略的遺傳基礎 。
“轉座元件的插入是隨機的，因此基因組擴張的同時不可避免地造成基因長度的增長，如果大量的基因像被子植物中那樣被隨機插入序列‘沉默’掉而無法正常表達，很可能這個物種就在自然選擇中滅絕了，但針葉樹進化出了難以置信的轉錄能力 。”鈕世輝說 。

猜你喜歡

• 咖啡|前灘太古里，TA們透過唇語“聽見咖啡”
• 中國傳統文化八大類（中國傳統文化八大類詳細介紹）
• 牛肉|百縣千碗丨數九寒冬，到哪兒吃“暖”？
• 青菜|東北女子在西安生活6年，囤200斤白菜腌酸菜，成疫情“最富的人”
• 雞蛋|冬補三九，寧可不吃肉，也要常吃10種“根菜”，抵御寒冷安穩過冬
• 蒸魚|料酒不是“萬能去腥調味料”，記住“3買4不用”，搞錯了適得其反
• 抖音怎么送燈籠給抖音好友（如何送燈籠給抖音好友）
• 土豆|東北人愛吃的6道“硬菜”，不放一點兒肉，卻比肉還受歡迎！
• 龍蝦|普洱茶界獨一無二的“勐海味”，究竟是什么味？帶著點海腥味嗎？
• 勐海|普洱茶界獨一無二的“勐海味”，究竟是什么味？帶著點海腥味嗎？