研讨提醒禾本科动物晚期演变汗青

禾本科（Poaceae）是被子动物的第五年夜科，约有770属12000种，也是与人类临盆和生存关系最为亲密、最具经济代价的年夜科。该科动物包含赖以生活的次要食粮作物、饲料，如水稻、小麦、玉米、高粱和多种牧草，还有其它有紧张经济代价的物种，如芦苇、芒、甘蔗和竹子。该科动物同时具备紧张的生态代价，表示出了普遍的生态顺应性，从丛林到草原、池沼到荒凉、平地到北极都可见其身影。晚期的动物分类体系将禾本科分为2-6个亚科，包含竹亚科、早熟禾亚科、假淡竹叶亚科、芦竹亚科、虎尾草亚科和黍亚科等，此中竹亚科除了草本竹子外，还包含稻族和一些木本竹子类群。近十年来的分子体系学研讨将禾本科划分红12个亚科，此中最早分解进去的3个基部亚科此前始终被置于竹亚科，别的的9个亚科构成了焦点禾草支系。罕见的禾本科动物及普遍莳植的农作物均来自于焦点禾草类，现有的禾本迷信、和退化研讨都集中于此，而体系演变地位症结的基部禾草则缺乏存眷。在晚期的分类体系中，基部的3个亚科的物种因为在形状息争剖学特征上与木本竹类类似，均恒久被置于竹亚科中。这3个亚科仅有约27个物种，却保留了年夜量的禾本科祖先性状，是解析该科特有性状来源演变的症结环节。

中国迷信院昆明动物研讨所研讨员李德铢团队，多年来致力于竹子的分类学、体系发育和基因组学研讨。跟着研讨的不时深化，研讨任务已从竹亚科的草本竹类逐步扩大到木本竹子以及禾本科基部类群。近日，该研讨团队在解析二倍体木本竹子和六倍体草本竹子基因组，并据此提醒竹亚科异源多倍化汗青的根底上，依托中国家养生物种质资本库，展开了禾本科基部类群原禾属（Pharus）的基因组测序和退化研讨。原禾属是禾本科最早分解进去的两个亚科之一，散布于中南美洲的寒带丛林地域，也是禾本科中最早演变进去小穗构造的类群。小穗是在禾本科动物演变发生的共同花部构造，其形状特征与农作物的产量亲密相关。

研讨团队应用三代PacBio测序技术和Hi-C技术得到了原禾属动物Pharus latifolius染色体级其余参考基因组序列，组装基因组年夜小为1.0 Gb，颠末多种办法评价验证了基因组的靠得住性和精确性。与禾本科罕见动物如水稻、高粱以及二穗短柄草的参考基因组等相比，P.latifolius基因组较年夜，与其更陈旧的反复序列拔出无关，而且卵白质编码基因第三位暗码子的GC含量散布与焦点禾本科类群分歧，却与禾本科近缘类群类似，显示出其基因组特征的陈旧性。同时，该物种的分子退化速度也远低于禾本科焦点类群。应用基因组共线性、反复基因同义替换率和构建体系树等综合阐发，提醒了P.latifolius在退化汗青中产生了全基因组更加（Whole-genome duplication， WGD）变乱，而且证明该更加变乱与焦点类群所共享，即禾本科的ρ-WGD变乱，并揣摸出其产生在白垩纪（约98.2个百万年前）。之后年夜约800万年，原禾属所代表的支系与其他焦点类群产生分解。然而，ρ-WGD之后的二倍化进程在基部和焦点禾草两年夜支系中表示出微小差别，焦点禾草支系阅历了更快的反复基因丧失和更多染色体程度的变异，这能够与焦点支系产生了发生更多物种的辐射分解无关。在退化阐发的根底上，研讨团队还重点阐发了与小穗发育相关的FRIZZY PANICLE (FZP)基因和MADS-box基因家族的转录表白环境与演变汗青。发现FZP基因在P.latifolius中有两个拷贝，此中一个拷贝与来自竹亚科毛竹的基因组成姐妹群，而在其他焦点类群中均为单个拷贝，同时发现MADS-box家族编码基因数量的添加间接与ρ-WGD变乱相关，这为后续的功效验证并终极解析禾本科小穗这一症结农艺性状来源演变的机制提供了根底。 (100yiyao.com）