榕樹與黃蜂的基因組淵源

2020-10-11 今日科學

小葉榕(Ficus microcarpa),以其氣生根而聞名。這棵樹還與一種與它共同進化的黃蜂有著獨特的關係。 在一項新的研究中,研究人員確定了小葉榕基因組中促進其氣生根發育的區域,並增強了它向唯一的黃蜂傳粉者發出信號的能力。

這項發表在《Cell》雜誌上的研究還確定了與小葉榕沾親的無花果樹(Ficus hispida)的一個性別決定區域。無花果樹沒有氣生根,而且分雌雄樹。

伊利諾伊大學香檳分校的植物生物學教授 Ray Ming 說,了解熱帶榕屬植物及其傳粉者的進化史非常重要,它們能夠在各種生境中結出碩大的果實,這使它們成為大多數熱帶森林的重要物種。他和中科院的 Jin Chen 共同領導了這項研究。無花果(fig)已知供養著至少 1200 種鳥類和哺乳動物,是最早的馴化作物之一,在印度教、佛教和其他精神傳統中被視為神聖的象徵。

無花果和黃蜂之間的關係也提出了一個有趣的科學挑戰。黃蜂的體形和大小與無花果果實的形狀和大小完全一致,每一種無花果都會產生一種獨特的香味來吸引特定的黃蜂傳粉者。

為了更好地了解這些進化過程,Ming 和他的同事分析了這兩種熱帶榕屬植物的基因組,以及為榕樹授粉的黃蜂的基因組。

「當我們對榕樹的基因組進行測序時,我們發現榕樹基因組中的片段重複比沒有氣生根的無花果要多,這些重複區域約佔基因組的 27%。」

這些重複增加了參與生長素合成和運輸的基因數量,複製區域還含有與植物免疫、營養和揮發性有機化合物的產生有關的基因。

Ming 說:「氣生根中生長素的含量比有沒有氣生根的樹木高 5 倍。」 生長素水平的升高似乎引發了氣生根的產生。複製區域還包含編碼光受體的基因,這種光受體可以加速生長素的產生。

當他們研究無花果黃蜂的基因組並將其與其他相關黃蜂的基因組進行比較時,研究人員發現黃蜂保留並保存了氣味受體的基因,這些氣味受體能檢測無花果樹產生的相同氣味化合物。研究人員報告說,這些基因組特徵是無花果樹和黃蜂共同進化的信號。

Ming 和他的同事們還發現了一個 Y 染色體特異基因,這種基因只在馬齒莧和其他三種雌雄異株的無花果屬植物的雄性植物中表達。

這個基因在雌雄異株的基因組中重複了兩次,但是,在雌雄同株的榕樹上卻只有一個拷貝,這有力地表明,這種基因是影響性別決定的主要因素。」

(來源: 生物通)

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