PLoS ONE:禾本科BEP分支及近緣物種比較研究新進展

2020-11-29 生物谷

BEP分支——即竹亞科 (Bambusoideae)、稻亞科 (Ehrhartoideae) 和早熟禾亞科 (Pooideae)，是禾本科 (Poaceae) 重要組成部分之一。最近十幾年以來，研究人員付出了巨大的努力，但是BEP分支的系統發育關係仍然存在爭議。值得欣喜的是，近兩年來，研究人員利用葉綠體全基因組序列信息，支持竹亞科和早熟禾亞科具有更近緣的系統關係。然而，葉綠體基因是單親遺傳 (絕大部分是母系遺傳)，進化速率相對比較慢，它們不一定真正反映了物種的進化歷史。因此，利用核基因（雙親遺傳）來探求它們的進化關係是非常必要的。

最近，中國科學院昆明植物研究所郭振華研究組、李德銖研究組利用具有11個全基因組和6個轉錄組的物種序列對上述問題進行了深入的研究。通過生物信息學方法，研究人員在17個物種中識別了121個單拷貝或低拷貝的直系同源基因組 (orthologous groups)，然後利用多種方法推斷了系統發育關係，結果強烈表明竹亞科和早熟禾亞科的系統關係更加近緣。至今為止，該研究組已利用葉綠體基因組和核基因組數據都一致確認，BEP分支是單系類群，在其分支之內，竹亞科與早熟禾亞科更加近緣，它們共同構成了稻亞科的姐妹群。此外，研究人員在禾本科的14個物種中識別了173個直系同源基因，並進行了選擇壓力分析，其中9個基因具有正選擇的位點；在熱帶和溫帶的代表竹種麻竹和毛竹中識別了314個直系同源基因，其中24個基因呈現了正選擇趨勢。最後，研究人員對這些受到正選擇的基因進行了功能注釋，發現了一些基因涉及環境壓力響應、生殖發育、細胞分裂、信號傳導、激素合成與生化代謝等功能，如：WCOR413，PM5, Meu13, OsClp8, RRM and DNA-directed RNA polymerase II。

本文研究結果對長期以來所爭論的禾本科BEP分支進化親緣關係進行了確認。同時，發掘到一些正選擇基因，這為理解禾本科的適應性進化提供了重要價值，為後續的基因功能驗證，轉基因與分子育種的研究提供了重要的基礎材料。

上述研究結果以Phylogenomic Analyses of Nuclear Genes Reveal the Evolutionary Relationships within the BEP Clade and the Evidence of Positive Selection in Poaceae為題發表於《公共科學圖書館－綜合》（PLoS ONE）上，並被學術編輯(Academic Editor) Axel Janke 博士給予了高度評價。

該研究得到了中國科學院知識創新工程項目（KSCX2-YW-N-067）、國家自然科學基金項目（30990244）、NSFC-雲南省聯合基金項目（U1136603）、教育部留學回國人員科研啟動基金和雲南省中青年學術和技術帶頭人基金（2008PY065）的支持。(生物谷Bioon.com)


竹亞科、稻亞科和早熟禾亞科的系統發育關係圖（PAUP, RAxML, MrBayes 和MP-EST 用來推斷了系統關係。水平線上方和下方分別代表基於蛋白質和核酸序列推斷出的支持率。）「*」代表支持率為PP=1.0或者BP=100。「#」代表所有支持全為1.0和100. 基於蛋白質超矩陣，MrBayes估計了各分支的長度。

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