植物所發現植物細胞器基因組新的演化模式

2020-12-23 中國科學院

植物所發現植物細胞器基因組新的演化模式

2020-10-23 植物研究所

【字體：大 中 小】

語音播報

　　質體和線粒體是內共生起源的細胞器，在高等植物中有不同的遺傳特徵，相較於動態複雜的線粒體基因組，質體基因組的結構和序列更保守。在基部維管植物石松類卷柏科植物中，這兩種細胞器基因組表現出相似的特徵，但是造成二者趨同演化的機制尚不清楚。 

　　中國科學院植物研究所研究員張憲春研究組從事石松類和蕨類植物的分類和進化研究。近期，研究團隊結合二代與三代DNA測序技術，揭示卷柏科植物存在結構變異複雜的質體與線粒體基因組。研究人員通過生物信息學分析發現，在伏地卷柏（Selaginella nipponica）188-kb的質體基因組的主構象中存在三個核糖體操縱子拷貝，可轉換成包含兩個近乎等比例存在的110-kb和78-kb的亞基因組構象；伏地卷柏的線粒體基因組包括總長為110-kb的27條contigs，所有contigs的兩端均含有同向重複序列，可介導多種構象的相互轉換。兩種細胞器基因組共享較多的tRNA缺失、高GC含量和高鹼基替換速率以及複雜的結構變異等特徵。該研究對苔蘚、石松、蕨類和種子植物中控制細胞器DNA複製、重組和修復系統的核基因進行比較分析，發現質體靶向的基因有不同程度的減少甚至丟失；而作用於質體和線粒體的雙靶向基因數目與序列均保守並正常轉錄。基於此，該研究提出如下假說：由於質體靶向修復系統的弱化和缺失，雙靶向的核基因在卷柏質體基因組中複製、重組和修復中發揮重要作用，是質體與線粒體基因組趨同演化的重要因素。該研究揭示早期陸地植物卷柏中獨特的細胞器基因組演化模式及機制，拓展對植物界細胞器基因組演化的認識。 

　　相關研究成果在線發表在The Plant Journal上。張憲春研究組博士研究生Jong-Soo Kang為論文第一作者，植物所副研究員向巧萍為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金委項目和中國政府獎學金的資助。

　　論文連結

卷柏中同向重複序列介導的多分子質體基因組模型

卷柏科植物中質體和線粒體基因組的趨同演化模型


　　質體和線粒體是內共生起源的細胞器，在高等植物中有不同的遺傳特徵，相較於動態複雜的線粒體基因組，質體基因組的結構和序列更保守。在基部維管植物石松類卷柏科植物中，這兩種細胞器基因組表現出相似的特徵，但是造成二者趨同演化的機制尚不清楚。 
　　中國科學院植物研究所研究員張憲春研究組從事石松類和蕨類植物的分類和進化研究。近期，研究團隊結合二代與三代DNA測序技術，揭示卷柏科植物存在結構變異複雜的質體與線粒體基因組。研究人員通過生物信息學分析發現，在伏地卷柏（Selaginella nipponica）188-kb的質體基因組的主構象中存在三個核糖體操縱子拷貝，可轉換成包含兩個近乎等比例存在的110-kb和78-kb的亞基因組構象；伏地卷柏的線粒體基因組包括總長為110-kb的27條contigs，所有contigs的兩端均含有同向重複序列，可介導多種構象的相互轉換。兩種細胞器基因組共享較多的tRNA缺失、高GC含量和高鹼基替換速率以及複雜的結構變異等特徵。該研究對苔蘚、石松、蕨類和種子植物中控制細胞器DNA複製、重組和修復系統的核基因進行比較分析，發現質體靶向的基因有不同程度的減少甚至丟失；而作用於質體和線粒體的雙靶向基因數目與序列均保守並正常轉錄。基於此，該研究提出如下假說：由於質體靶向修復系統的弱化和缺失，雙靶向的核基因在卷柏質體基因組中複製、重組和修復中發揮重要作用，是質體與線粒體基因組趨同演化的重要因素。該研究揭示早期陸地植物卷柏中獨特的細胞器基因組演化模式及機制，拓展對植物界細胞器基因組演化的認識。 
　　相關研究成果在線發表在The Plant Journal上。張憲春研究組博士研究生Jong-Soo Kang為論文第一作者，植物所副研究員向巧萍為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金委項目和中國政府獎學金的資助。
　　論文連結
　　卷柏中同向重複序列介導的多分子質體基因組模型
　　卷柏科植物中質體和線粒體基因組的趨同演化模型
　　

列印 責任編輯：董凱悅

相關焦點

  • 【中國科學報】植物所發現植物「伏地魔」細胞器演化的秘密
    近日，中國科學院植物研究所研究員張憲春團隊以伏地卷柏為例，發現了植物細胞器基因組新的演化模式。這項研究揭示了早期陸地植物卷柏中獨特的細胞器基因組演化模式及機制，拓展了人們對植物界細胞器基因組演化的認識。相關研究成果發布在《植物學雜誌》上。
  • 北京基因組所構建完成質體基因組結構變異資料庫
    質體是負責真核生物（如植物、藻類和原生生物）光合作用的關鍵細胞器，它也被當作遺傳轉化和操作的重要材料。質體的結構和數目不同於包括線粒體在內的其它細胞器，其表型同時受到遺傳學和環境因子的影響。質體基因組產生數量可觀的參與多種生物學過程（如光合作用、呼吸作用和翻譯等）的核心蛋白質。
  • 藻類植物如何為民所用?
    而讓藻類及植物為我所用、為民所用的夢想讓他沒辦法停下腳步。在投入科研的第30個年頭，他為自己和團隊又定下了新的目標，從此踏上一條更加崎嶇難走的基礎原創研究與產業化應用之路。 開拓衣藻光合細胞工廠 藻類有什麼用途？對很多普通老百姓來說，他們或許會有這樣的疑問。
  • 植物澀味化合物代謝 關鍵基因首次被發現
    新知 科技日報訊 （記者吳長鋒）記者從安徽農業大學獲悉，該校茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室夏濤課題組，首次從植物體內發現並鑑定了參與植物單寧化合物降解的單寧醯基水解酶（Tannase，TA）基因。該項成果日前在線發表在國際植物學權威學術期刊《新植物學家》上。 植物單寧是植物界普遍存在的酚類化合物，是植物在生存適應過程中為了抵禦病毒、菌類等微生物或環境的脅迫而形成的一種次生代謝產物，它們廣泛積累於茶葉、水果、蔬菜等各種植物性食品中，是決定澀味的主要化合物。
  • 胡章立團隊:讓藻類植物為民所用
    而讓藻類及植物為我所用、為民所用的夢想讓他沒辦法停下腳步。在投入科研的第30個年頭，他為自己和團隊又定下了新的目標，從此踏上一條更加崎嶇難走的基礎原創研究與產業化應用之路。開拓衣藻光合細胞工廠藻類有什麼用途？對很多普通老百姓來說，他們或許會有這樣的疑問。
  • Nature genetics|新方法實現多倍體植物基因組的全染色體組裝
    Coin課題組利用新方法實現多倍體植物基因組的全染色體組裝。相關論文於2020年10月30日發表在《自然—遺傳學》雜誌上。研究人員報導了通過遺傳連鎖分析將重疊群分組和排序為假分子的PolyGembler方法。這個方法還提供了一種檢測和修復裝配錯誤的準確方法。使用模擬數據，研究人員證明了該方法具有很高的準確性，並且優於三種現有的最新遺傳作圖工具。
  • 新發現!土瓶草基因組揭示植物的食肉機制
    轉錄組測序：選取4種肉食性植物（土瓶草、阿帝露茅膏菜、翼狀豬籠草、紫瓶子草）的根、莖尖、捕食葉片和非捕食葉片等不同組織部位，共測了30個轉錄組。組裝總長度為2.11Gb，組裝指標：Contig N50=99Kb，Scaffold N50=287Kb；注釋出36503個蛋白編碼基因。1.
  • 【常識積累】植物器官、植物細胞
    8.經常考的知識點是我們所取食的是植物哪個器官，可回顧※常識一題056※ 沒有什麼是不能吃的二、植物細胞1細胞核是細胞內遺傳信息的儲存、複製和轉錄的主要場所，內部含有細胞中大多數的遺傳物質——DNA（脫氧核糖核酸，DNA+蛋白質=染色質，而染色質在細胞分裂時，會濃縮形成染色體，其中所含的所有基因合稱為核基因）。3.細胞質包括胞基質和細胞器（線粒體、內質網、中心體、葉綠體、高爾基體、核糖體等）。
  • 植物如何抵抗病毒?我國科學家發現植物幹細胞廣譜抗病毒機制
    美術設計：馬子頌，梁琰　　據趙忠教授介紹，與人體對許多病毒有免疫抵抗能力一樣，植物也能憑藉自身的免疫能力抵抗病毒。儘管國內外研究人員已從RNA幹擾、細胞自噬、植物激素等多個角度進行了大量研究，但對於植物幹細胞具有廣譜抗病毒能力的原因依然不清楚，影響著人類研發植物抗病毒技術的發展。
  • 中國學者發現參與植物澀味化合物水解關鍵基因
    新華社合肥2月22日電（記者周暢）記者從安徽農業大學獲悉，該校茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室夏濤課題組，首次從植物體內發現並鑑定了參與植物單寧化合物降解的單寧醯基水解酶基因。該項成果以「植物單寧酶的發現：植物單寧酶在水解單寧中的作用 」為題，日前在線發表在國際植物學權威學術期刊《新植物學家》上。植物單寧是植物界普遍存在的酚類化合物，是植物在生存適應過程中為了抵禦病毒、菌類等微生物或環境的脅迫而形成的一種次生代謝產物，它們廣泛地積累於茶葉、水果、蔬菜等各種植物性食品中，是決定澀味的主要化合物。
  • 八種細胞器的結構和功能
    高爾基體與細胞的分泌功能有關，能夠收集和排出內質網所合成的物質，它也是聚集某些酶原的場所，參與糖蛋白和黏多糖的合成。高爾基體還與溶酶體的形成有關，並參與細胞的胞吞和胞吐作用。葉綠體是植物進行光合作用的細胞器。具有葉綠體的植物除高等植物外，還有真核藻類。葉綠體的形狀因物種的不同而有所差異。藻類的葉綠體形態差異較大，可以是板狀、帶狀、杯狀、囊狀、星狀等。
  • 溶酶體、液泡、葉綠體等八種細胞器的結構和功能
    高爾基體與細胞的分泌功能有關，能夠收集和排出內質網所合成的物質，它也是聚集某些酶原的場所，參與糖蛋白和黏多糖的合成。高爾基體還與溶酶體的形成有關，並參與細胞的胞吞和胞吐作用。葉綠體是植物進行光合作用的細胞器。具有葉綠體的植物除高等植物外，還有真核藻類。葉綠體的形狀因物種的不同而有所差異。藻類的葉綠體形態差異較大，可以是板狀、帶狀、杯狀、囊狀、星狀等。
  • 安農大首次發現參與植物澀味化合物代謝的關鍵基因
    中青報客戶端訊（中青報·中青網記者 王海涵 王磊 通訊員 曹雷）近日，安徽農業大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室夏濤課題組，首次從植物體內發現並鑑定了參與植物單寧化合物降解的單寧醯基水解酶（Tannase，TA）基因。
  • 億利耐雀沙漠植物鎖水基因新發現 — 沙甘多糖
    億利耐雀沙漠植物鎖水基因新發現 — 沙甘多糖一年四季，春去冬來，夏至秋末，愛美人士的皮膚補水保溼工作一刻都沒有停止過，然而美麗也是一種技術活，不少人在變美的道路上都遇到過以下問題：為什麼天天給皮膚補水，皮膚還是很乾？皮膚很油，但是臉上幹到脫皮，怎麼辦？
  • 【高中生物】幾種細胞器的結構和功能
    高爾基體與細胞的分泌功能有關，能夠收集和排出內質網所合成的物質，它也是聚集某些酶原的場所，參與糖蛋白和黏多糖的合成。高爾基體還與溶酶體的形成有關，並參與細胞的胞吞和胞吐作用。葉綠體是植物進行光合作用的細胞器。具有葉綠體的植物除高等植物外，還有真核藻類。葉綠體的形狀因物種的不同而有所差異。藻類的葉綠體形態差異較大，可以是板狀、帶狀、杯狀、囊狀、星狀等。
  • 我國科學家發現植物幹細胞廣譜抗病毒機制—新聞—科學網
  • 高中生物:細胞質、細胞器與生物膜系統
    ：細胞質基質是活細胞進行新陳代謝的主要場所，其為新陳代謝的進行提供所需要的物質和一定的環境條件。葉綠體具有特有環狀DNA、少量RNA、核糖體和進行蛋白質生物合成的酶，能合成出一部分自己所必需的蛋白質。功能：光合作用的場所，是植物細胞的「養料製造車間」和「能量轉換站」。3.內質網結構特點：是由膜連接而成的網狀結構，單層膜，可分為滑面內質網和粗面內質網（附著有核糖體）。
  • 無膜細胞器:「細胞蛇」
    他發現軟木塞有很多小室，有些象監獄的牢房，或是修道院的臥室。於是他稱這些結構為「Cell」 ，英文裡是小房間的意思，中文翻譯成「細胞」。後來別的科學家發現植物，動物的組織裡都有這些小室，於是提出細胞是生命的基本單位。細胞學說正式確立。3、細胞器是什麼？如薛丁格所言，與非生命相比，生命增加了秩序和複雜性。
  • 細胞膜及細胞器、細胞核專題匯總
    下列關於細胞結構、功能和物質運輸的說法，正確的是( )A．植物細胞的胞間連絲具有物質運輸和信息交流的功能B．細胞內溶酶體膜破裂後釋放的水解酶不會破壞細胞自身的結構，有利於生物的自我保護C．饅頭越嚼越甜是因為澱粉水解成的麥芽糖被口腔上皮細胞所吸收
  • 植物的生存之道:活性氧與植物抗氧化物質
    首先是抑菌作用，比如，O2-和H2O2；其次是這些活性氧往往還作為重要信號參與植物的調控生理和耐脅迫反應，在這個過程中會「迫使」一些和植物抗性有關的酶類或其它物質參與，進而有利於植物的抗性表現。一、超氧化物歧化酶（SOD）：還記得那個護膚美膚產品「大寶SOD蜜」廣告吧。