植物所發現植物細胞器基因組新的演化模式
2020-11-27 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
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。
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發現植物「伏地魔」細胞器演化的秘密
本報訊（記者丁佳）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。 -
昆明植物所在竹類植物葉綠體基因組中發現水平基因轉移
目前已知的水平基因轉移主要發生在原核生物以及單細胞真核生物中，對這些類群生物的進化起著十分重要的作用。近年來，越來越多的水平基因轉移現象在多細胞真核生物中被發現，尤其是在被子植物不同細胞器之間，如線粒體（mitochondrion）基因組中常存在大量來自葉綠體（plastid）基因組的水平基因轉移。然而，被子植物葉綠體基因組在進化上十分保守，極少發現水平基因轉移，目前僅在兩種真雙子葉植物中有報導。 -
昆明植物所豆科分類和含羞草分支葉綠體基因組學研究獲進展
豆科是被子植物葉綠體基因組經歷重大結構變化的幾個分支之一。先前的研究由於取樣有限，一般認為結構變化主要發生在原蝶形花亞科中，原雲實亞科和含羞草亞科的葉綠體基因組和大多數其它被子植物一樣具有保守的結構。然而，近來有研究發現原含羞草亞科的一些種也存在葉綠體結構變異。 -
昆明植物所等在細胞器基因組組裝軟體開發研究中取得進展
真核生物細胞器基因組包括線粒體和質體（包括葉綠體、白色體等）的全部DNA分子，是細胞質遺傳的主要載體。在動植物和真菌的單個細胞內，有多個（甚至成千上萬個）細胞器基因組單元的拷貝，使得利用低覆蓋度的全基因組測序數據組裝得到完整的細胞器基因組成為可能。 -
植物細胞竟可交換細胞器
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最新MP發文綜述"植物基因組三維結構研究的現狀與展望"
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昆明植物所解析極小種群野生植物漾濞槭全基因組—新聞—科學網
記者從中科院昆明植物所獲悉，該所極小種群野生植物綜合保護團隊完成了漾濞槭全基因組測序、組裝，獲得了近於染色體水平的高質量全基因組 -
昆明植物所在植物線粒體基因組替代速率異質性研究中取得進展
被子植物線粒體基因組在大小、結構、基因及內含子數量等方面均具有多樣性，這一特徵使得線粒體基因組成為研究基因組複雜性的理想系統。通常認為植物線粒體基因組的進化速度較葉綠體基因組、核基因組低，且同一基因組內基因之間的進化速率較為一致。 -
康普森生物首辦植物基因組產業轉化論壇
2016年4月8日，由北京康普森生物技術有限公司主辦，美國Illumina、Affymetrix和Agena公司贊助的首屆全國植物基因組產業轉化高峰論壇在北京順利召開。 -
新基因技術可提高 植物光合作用效率
據新華社電 美國一項最新研究說，通過改造植物中的相關基因，可以使植物更有效進行光合作用，從而提高作物產量。植物通過光合作用把陽光和空氣轉化成有機物，從而給人們提供食物和燃料。但如果植物接受過多光照，可能對進行光合作用的相關細胞器造成損害，因此植物需要利用一種名為「非光化學淬滅」的機制來保護自身。 -
打破認知，核糖體蛋白參與植物細胞器內含子剪切
PNAS | PNAS | 打破認知，核糖體蛋白參與植物細胞器內含子剪切原創因此，現代線粒體和葉綠體基因的正確表達依賴於細胞核編碼蛋白質，這種古細菌和真核生物之間的相互作用導致了細胞器基因表達機制比現代細菌的更為複雜【3,4】。 -
Science Advances | 馬克斯·普朗克植物分子生理研究所揭示植物間如何分享它們的遺傳物質—交換細胞器
位於德國波茨坦大學的馬克斯·普朗克植物分子生理研究所的研究人員現在已經能夠使用新的實驗方法首次展示遺傳物質是如何傳播的。2021年1日11日，Molecular Biology Evolution雜誌報導了德國馬克斯-普朗克植物分子生理學研究所Alexander P. -
亮點文章|植物固氮細胞器的合成生物學研究
在共生固氮體系中，固氮細菌以細胞器的面目出現在宿主植物細胞質中，利用微氧和物質能量充足的有利條件，進行較為穩定長久的固氮反應。但是，共生固氮作用的局限性在於宿主專一性，即共生固氮細菌難以在絕大多數經濟作物上完成侵染和固氮作用。因此，固氮合成生物學面臨的一個重要挑戰是如何突破固氮細菌的宿主專一性，實現主要經濟作物共生或者自主固氮。 -
昆明植物所完成六種木本竹子葉綠體基因組全序列的測定
隨著新一代測序技術的興起，系統發育基因組學為解決這類困難類群的系統發育關係帶來了曙光。中國科學院昆明植物研究所李德銖研究組對木本竹子的研究有較好的研究基礎。最近，該研究組選取1種熱帶竹子和5種溫帶竹子，利用新一代測序技術Illumina測定了這些種的葉綠體基因組全序列。 -
朱安丹/李德銖研究組植物線粒體基因組替代速率異質性研究獲進展
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中科院植物所發現植物春化表觀水平新調控點—新聞—科學網
本報訊（記者丁佳）記者日前從中科院植物研究所獲悉，該所研究員、中科院院士種康率領的團隊通過表觀組學分析，發現了春化作用中表觀水平的一個新的重要調控點 -
「國際蘭科植物基因組重大項目」成果解開「達爾文的困惑」
近年來，國家蘭科中心率先開展「國際蘭花基因組計劃」，完成世界首個蘭科植物和景天酸代謝植物的基因圖譜「小蘭嶼蝴蝶蘭全基因組基因圖譜」、藥用蘭科植物「鐵皮石斛全基因組基因圖譜」和香料蘭科植物「深圳香莢蘭全基因組基因圖譜」，填補了植物基因組研究的多個空白，並已收集保存國產和國外蘭科植物以及種質資源樣本27864份。 -
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朱健康院士2020年度發表6篇綜述文章,涉及植物非生物脅迫的響應、基因編輯技術、表觀遺傳調控及植物激素ABA的研究進展等
該綜述就目前植物基因組編輯工具的開發和應用的目標，及潛在關注點和未來挑戰提供了獨特的觀點。該綜述就目前植物基因組編輯工具的開發和應用的目標，及潛在關注點和未來挑戰提供了獨特的觀點。 該綜述指出隨著基因編輯工具的出現，需要重新考慮轉基因生物的當前定義和相應的調控框架，因為通過基因編輯方法實現的基因組修飾與轉基因技術的基因組修飾非常不同。 文章指出原因有二：首先，大多數CRISPR誘導的基因突變是小插入缺失而不是大片段插入或重排。 -
「裸子植物——買麻藤全基因組計劃」取得重要進展
近日，由深圳市中國科學院仙湖植物園，中科院中-非聯合研究中心、武漢植物園、植物研究所，英國皇家植物園邱園等10餘家國內外知名院所聯合開展的「裸子植物——買麻藤全基因組計劃」取得重要進展。