寄生花丟失的基因與其他寄生或非寄生植物對比 | Cai et al., 2021 類胡蘿卜素是合成ABA所需的前體，類胡蘿卜素合成的基因基本全丟了，質(zhì)體也沒了，并且由ABA調(diào)控的一些常見的逆境響應(yīng)通路也沒有了。這也說明ABA代謝相關(guān)的一些途徑都已經(jīng)失去了原先的功能。當(dāng)然，丟了不代表不用ABA，這不是還有寄主嘛。 剛剛也有提到，之前的研究認為寄生花是沒有質(zhì)體的，直接全丟了。雖然有識別到葉綠體相關(guān)的基因，但都不是質(zhì)體起源的。寄生花同時也丟失了調(diào)控質(zhì)體組織、功能、分裂、定位、轉(zhuǎn)錄、膜合成、光合色素生物合成、以及他們的目標蛋白，這也是寄生花質(zhì)體丟失的其他證據(jù)。 寄生花有18.7%的基因是沒有內(nèi)含子的，看起來他們主要都來源于反轉(zhuǎn)錄。重要的基因，例如DNA和RNA代謝，干細胞維持與繁殖相關(guān)的基因，內(nèi)含子長度都比較小，基因都比較精簡，可能這樣在轉(zhuǎn)錄翻譯中更加的高效。 有意思的是，即使寄生花并沒有識別出氣孔、葉片和根等器官組織，但其依然保留著相關(guān)的基因，且這些基因?qū)儆谝陨献R別出的較為高效的基因。其中的緣由還有待挖掘。 在薔薇類已經(jīng)測序的基因組中，超過1kb的內(nèi)含子不到12.3%，但是在寄生花里有27.5%的intron長度超過1kb，其中很多含有轉(zhuǎn)座元件。 在轉(zhuǎn)錄組證據(jù)的支持下，最長的內(nèi)含子居然能有97.8kb。通常內(nèi)含子越長，說明其受到的松弛選擇越明顯，對基因組改變的忍耐度就越強。這樣的特性也是大花草科所特有的。
寄生花有著較長的平均內(nèi)含子長度 | Cai et al., 2021 寄生植物從寄主身上獲取基因已不是很罕見的事情了，這種從其他物種中獲取基因的現(xiàn)象被稱為水平基因轉(zhuǎn)移（horizontal gene transfer, HGT），該現(xiàn)象最初也是在大花草科中報道的，這些轉(zhuǎn)移大多數(shù)發(fā)生于核基因以及線粒體基因中。為了研究崖爬藤屬與大花草科之間的寄生關(guān)系，研究團隊同時進行了崖爬藤屬物種（Tetrastigma voinierianum）的全基因組測序并整合了很多大花草科以及葡萄科的物種數(shù)據(jù)。 分析識別到了81個直系同源對共568個基因或假基因來源于水平轉(zhuǎn)移。這些基因兩兩間都具有內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)，說明其在未發(fā)生轉(zhuǎn)錄翻譯之前就已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移了。
大花草科與葡萄科之間的水平基因轉(zhuǎn)移方向與數(shù)量 | Cai et al., 2021 有趣的是，這些識別的HGT基因的密碼子偏好居然與木薯更為相似，而并不是崖爬藤屬。這可能是由于寄主的基因來到一個新的基因組后，由于匹配的tRNA不同，會產(chǎn)生一定的適應(yīng)與突變。 當(dāng)然，水平基因轉(zhuǎn)移并不是隨隨便便就能保留下來的。這些轉(zhuǎn)移之后的基因很可能在新的基因組中執(zhí)行著很重要的作用。 研究識別了27個在大花草科中共享的HGT基因，這些基因與脅迫抵御以及響應(yīng)相關(guān)（防御素和幾丁質(zhì)酶），此外，還識別出了一個磷酸甲基嘧啶合成酶，thiC，其參與嘧啶的合成。這個基因在大花草科的祖先內(nèi)存在后丟失，并于近期再次獲得，這也說明水平基因轉(zhuǎn)移有時候只是為了彌補寄生植物在演化過程中適應(yīng)共生環(huán)境所丟失的基因的功能罷了。
Sapria himalayana | xtbg.cas.cn by Mo Haibo 一般來說，寄生植物的基因組一般比較都小。寄生花雖然丟失了很多基因，但其仍然具有較大的基因組。因此基因組大小與基因丟失與否沒有太必然的因果性。植物的世界是很豐富的，其中埋藏了更多等待我們發(fā)現(xiàn)的秘密，而這些秘密也并非都遵循著先前所認知的規(guī)律?；蛟S在今后的植物研究之中，科研工作者們也應(yīng)該多留意一些非典型的現(xiàn)象，這些“特殊的星星”也是新發(fā)現(xiàn)的鑰匙喲。 ???|| End. || ??? 參考資料 Cai L, Arnold B J, Xi Z, et al. Deeply altered genome architecture in the endoparasitic flowering plant Sapria himalayana Griff.(Rafflesiaceae)[J]. Current Biology, 2021, 31(5): 1002-1011. e9.
