菠蘿基因組破譯 與高粱水稻是一家

2020-11-22 環球網

新華網北京11月4日電 1493年11月4日，進行第二次「尋寶」之旅的哥倫布來到了瓜德羅普島。

在當地一個加勒比小村莊裡，哥倫布和他的水手們第一次見到了菠蘿，這種陌生水果的香氣讓疲勞的水手們精神為之一振。

菠蘿最早在南美洲北部開始種植，到哥倫布發現美洲新大陸的1492年，菠蘿已經在美洲大面積種植了。不過，菠蘿實際的歷史悠久的多，可以追溯到距今6000年前。

今天，世界上有近90個國家和地區種植菠蘿，每年的產量在2500萬噸，菠蘿種植業的總價值超過80億美元。

許多植物在進化過程中經歷了基因組的多次複製「加倍」。多倍性指的是基因組加倍，從根本上改變DNA（脫氧核糖核酸）的含量、染色體數量等，這種變化被認為是推動產生生態差異的重要因素。

菠蘿和禾本科植物的祖先都經歷過多次基因組加倍。在不同植物中，尋找這些「全基因組複製」的殘餘，研究人員就可以追蹤它們共同及獨立的進化歷史。

研究發現，菠蘿基因組與一些禾本科植物擁有共同的祖先，菠蘿的基因組比一些禾本科植物剛好少一次「全基因組複製」，菠蘿是研究一些穀類作物最好的對照植物。

來自美國、中國、加拿大、澳大利亞和英國的研究人員組成的國際研究團隊在《自然·遺傳學》雜誌上報告說，他們對一種野生菠蘿、兩種種植菠蘿進行了基因組測序，發現菠蘿在進化史中有兩次全基因組複製，驗證了禾本科植物經歷三次全基因組複製的先前發現。

接下來的發現有點專業，新華國際小編先和大家一起複習下「光合作用」的原理。

簡單說來，光合作用把太陽能轉化為化學能，是一系列複雜代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎。

菠蘿利用的是一種名為「景天科酸代謝」的光合作用方式，簡稱為CAM，地球上有1萬多種植物使用這種代謝方式。

為什麼說菠蘿的這種方式更優越呢？與菠蘿擁有共同祖先的禾本科植物，如高粱、水稻，使用的是一種名為C3的光合作用方式。CAM光合作用的植物只需要C3光合作用植物用水量的五分之一，CAM植物得以在乾旱、貧瘠的土地上生長。

科研人員進一步研究發現，菠蘿基因組中控制CAM光合作用的基因受菠蘿一些生物鐘基因調控，讓植物能根據晝夜變化調整自己的新陳代謝活動。

美國伊利諾伊大學植物生物學教授明瑞光是此次研究的主導人之一。

他表示，這是科學界第一次發現CAM光合作用基因和生物鐘調控有關。

這一發現和CAM光合作用代謝的特點十分吻合：這些植物的綠色組織上的氣孔在夜間開放，吸收並固定二氧化碳，形成以蘋果酸為主的有機酸；白天則氣孔關閉，不吸收二氧化碳，但同時通過光合碳循環將從蘋果酸中釋放的二氧化碳還原為糖。科學家最早就是在乾旱地區的多種植物中發現了這種光合作用方式。

研究小組還發現，菠蘿的CAM光合作用是在對C3光合作用分子路徑進行了重構的基礎上進化而來的。

CAM代謝方式的特點是，它們的綠色組織上的氣孔在夜間開放，吸收並固定二氧化碳，形成以蘋果酸為主的有機酸；白天則氣孔關閉，不吸收二氧化碳，但同時通過光合碳循環將從蘋果酸中釋放的二氧化碳還原為糖。科學家在乾旱地區的多種植物中發現了這種光合作用方式。

研究人員表示，了解不同類型光合作用的演變，有助於研發重要作物的高產、耐旱品種。美國能源部就曾資助探索沙漠植物進行CAM光合作用和耐旱性的遺傳機制。（記者李宓，編輯張忠霞，新華國際客戶端報導）

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