異型花柱植物自交發育信號首次發現

科技日報訊 （記者趙漢斌）記者8月12日從中國科學院昆明植物研究所獲悉，我國科學家在異型花柱植物交配系統演變研究中取得重要進展。國際分子進化生物學領域頂級期刊《分子生物學與進化》在線發表了這一成果。

異交向自交的轉變，通常被認為是被子植物交配系統演變的整體趨勢。在被子植物中，約有10%—15%的物種呈高度自交，已有的研究證據表明這些星散分佈的自交物種多數是從其異交的祖先類羣中經過多次獨立分化而來。

中國科學院昆明植物研究所李德銖研究組和王紅研究組多年來關注異型花柱植物種羣生態學和進化遺傳學研究，發展了具異型花柱的滇丁香屬、報春花屬等日趨成熟的研究模式。此前，該團隊周偉副研究員等在交配系統演化及其生態和遺傳效應等熱點問題的研究中取得了一系列重要成果。

研究團隊日前以報春花屬為研究對象，藉助這個類羣內單基因突變誘發同型花柱發生的特殊機制，利用同型花柱起源與交配系統轉變同步發生的特性，針對不同轉變時間尺度下的組學數據，種間選擇60個葉綠體基因組和12個轉錄組，種內使用12個葉綠體基因組和13個轉錄組，深入解析了交配系統由異交向自交轉變的遺傳和分子進化效應。

研究表明，在異型花柱類羣中伴隨着同型花柱的出現和自交發生，近期衍生的自交物種呈現明顯的基因組自交綜合徵，蛋白編碼區內核苷酸遺傳多樣性及雜合度顯著降低；種間分異及種下多態位點上均呈現更高的非同義與同義替代速率，暗示自交物種在近中性突變位點上受到相對低效的負選擇作用；而極度有害突變比例下降，則預示清除效應在自交物種中更為明顯；自交物種的適應性進化速率呈現下降趨勢。

這項研究首次在不同進化時間尺度上檢測到異型花柱植物類羣的基因組自交綜合徵發育信號，並首次發現交配系統轉變過程中遺傳與表型綜合徵的理論建成順序，這些重要發現，為植物交配系統轉變在基因組水平上的遺傳和分子進化效應提供了充分且詳實證據。