槲寄生的寓意(槲寄生的寓意 英文)

■记者张庆丹

在自然界中，大部分植物都是向阳的，有些植物在光照充足的情况下生长得尽可能好。光照不足时，它们会白长，不开花，严重时甚至会死亡。但是，海棠是独一无二的。它通常生长在树荫下，形态丰富，引起了研究者的兴趣。

近日，深圳胡仙植物园与深圳华大生命科学研究院合作，绘制了秋海棠高质量参考基因组，揭示了秋海棠多样性进化和耐荫适应性的相关机制，为秋海棠后基因组学研究提供了重要参考。相关研究成果发表在《新植物学家》上。

解码“四个”典型代表基因组

秋海棠属是世界上物种多样性最丰富的类群之一，是世界上维管束植物的十大属，有2000多种。秋海棠主要分布在赤道附近的热带和亚热带地区。

秋海棠是当今最有价值的园艺观赏花卉之一，因其叶形多样、花色丰富、观赏价值高，在我国南方许多城市广泛种植论文合著者、华大生命科学研究院研究员刘欢在接受《中国科学报》采访时介绍。

其实人工栽培的秋海棠品种很多，野生秋海棠也有很多种。自2008年起，胡仙植物园开始收集秋海棠资源。

“目前，我们已经收集和保存了400多种秋海棠种质资源，是我国收集类型最多的单位之一。”该论文的合著者、胡仙植物园的张寿洲研究员告诉《中国科学杂志》。

素材收集的核心在于保护和利用，寻找其有用价值。从花卉种质创新的角度来看，迫切需要一个参考基因组，为今后各种性状的基因挖掘打下良好的基础。

“我们选择了四种典型代表，即寄生秋海棠、铁锈秋海棠、黑斑秋海棠和盾叶秋海棠，并组装了它们的全基因组。”刘欢说。

张寿洲介绍，其中，寄生秋海棠是非洲特有的附生物种；圆叶秋海棠采自中国广西石灰岩地貌，叶斑显著；黑斑秋海棠分布在马来西亚，叶片近黑色，生活在雨林底部，耐阴能力强。盾叶秋海棠采自中国海南，是目前已知的最耐旱的秋海棠。

此外，该团队还完成了74个全球代表性物种的浅层基因组测序，覆盖了秋海棠属半数以上类群，物种覆盖了亚洲、非洲、美洲等主要分布区，这对研究秋海棠属的多样性演化至关重要。

结果表明，4个物种的基因组大小在331 MB到799 MB之间，基因数量在22059到23444之间，通过BUSCO评估均达到91%以上。高质量的基因组组装为秋海棠属植物的功能基因组学研究和分子育种提供了重要参考。

两个“事件”导致变化。

保护生物多样性对于维持生态系统的稳定尤为重要。“保护生物多样性就是保护人类。前提是了解生物多样性从何而来。在这个过程中，我们会形成各种保护机制。”张寿洲说。

根据基因组研究，研究小组有了一个重要发现。秋海棠祖先在大约3500万年前经历了一次独特的基因组加倍事件，为秋海棠属植物的多样性进化和耐荫性做出了重要贡献。

秋海棠属于葫芦科秋海棠科，与葫芦科关系密切的冬瓜、南瓜、黄瓜、丝瓜、葫芦、西瓜等都是著名的果蔬。“我们发现这种全基因组加倍事件在南瓜属中并不常见，而在秋海棠属中是独有的。”论文第一作者、胡仙植物园植物研究中心的李令飞博士对《中国科学报》说。

"此外，整个基因组加倍事件与秋海棠的多样性和耐阴性密切相关."张寿洲说。

事实上，从裸子植物到被子植物，很多类群的祖先在某个关键节点至少发生过一次基因组加倍事件，导致物种丰富。

“多样性实际上与对环境的适应密不可分。秋海棠是典型的阴生植物，大多数种类生活在森林、峡谷、瀑布、洞穴等阴凉潮湿的地方。”根据李令飞的说法，受体基因接受光线后，阳光植物会发生一些遮荫反应。比如有些作物在光照弱的时候会白长，而阴生植物没有明显的白长过程，有一套“个性”的调控网络。

研究团队发现，在全基因组加倍事件后，许多与光合作用和能量代谢相关的基因被保留和富集，与红光、蓝光和紫外光接收相关的受体基因(PHOT、CYR1/2、PHY和UVR8)都保留了多个拷贝，其中部分基因具有功能分化，这对秋海棠植物适应遮荫环境、提高光合利用率具有重要意义。

但秋海棠的耐荫性不同。比如这次选举的四个典型代表中，铁锈秋海棠和黑秋海棠耐荫性特别强，另外两个耐荫性较差。

“我们还在特别耐荫的物种中发现了许多光捕获基因。这些不是由全基因组加倍事件引起的，而是由串联复制事件引起的。在黑暗环境的刺激下，这些基因会串联复制更多的‘成员’，帮助植物捕捉更多的光能，这是植物生存的一种方式。”李飞介绍道。

此外，还发现转座子在秋海棠基因组中占有很大比例，具有较高的种间特异性。转座子富集并插入到许多与胁迫和代谢相关的基因中，转座子的作用很可能导致秋海棠的表型多样化。

加快培育新品种。

由于育种研究起步较晚，我国具有自主知识产权的秋海棠品种相对较少。国内市场上流通的海棠多是从欧美国家引进的。目前，我国已报道的野生秋海棠有230多种。

“因此，利用当地资源培育优良的秋海棠新品种，可以促进自身品种在我国花卉产业中的应用。”张寿洲说。

基于秋海棠丰富的表型和耐荫性，“我们希望将秋海棠打造成花卉研究领域的模式种，用于花卉领域各种表型性状的借鉴和相关性研究。”刘欢说。

“取长补短”是植物研究的一大亮点。秋海棠在弱光环境下仍具有光合能力并顽强生存，对其他物种的“升级改造”具有重要意义。

“接下来，我们将深入挖掘秋海棠的‘捕光技巧’，希望能指导农业生产和品种培育，比如让农作物有更高的光合利用率。”刘欢说。

秋海棠具有丰富的物种多样性和很高的观赏价值。这是园艺家研究的热门群体。大多数物种分布在一个狭窄的地区，并且是地方性的。很多种类不仅可以食用，还具有药用价值，如广东肇庆的凉茶“中华秋海棠”，广西靖西的“一口血中华秋海棠”。

“我们将利用挖掘出的秋海棠特异基因组，形成成熟的基因转化平台，为下游资源利用服务。”张寿洲说。

来源:中国科学杂志