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“植物界大熊貓”蘇鐵完整基因組圖譜首次發布

2022-04-20 10:19:30 來源：科技日報

◎本報記者劉傳書

近日，科學家完成蘇鐵基因組解析工作，發布蘇鐵完整基因組圖譜，這意味著種子植物基因組演化研究中的最后一塊拼圖已順利完成。4月18日，《自然-植物》(Nature Plants)以封面文章發表該研究成果。據悉，該研究成果數據公開共享，全球科學家可免費下載使用。

蘇鐵是地球上現存最古老的種子植物，是著名的“活化石”植物。它的起源可以追溯到大約3億年前，在侏羅紀時代達到最盛期，曾與恐龍一起稱霸整個地球。

蘇鐵經歷過兩次大滅絕、數輪冰川期等諸多考驗，在這個星球上存活了億萬年，今天卻已處于瀕危邊緣。目前，蘇鐵被世界自然保護聯盟紅色名錄列為極度瀕危物種，也是我國國家一級重點保護植物。2008年，中國政府主導完成的第一個“珍稀瀕危植物回歸”項目，便是關于蘇鐵保護。

據了解，作為最原始的種子植物，蘇鐵被譽為“植物界的大熊貓”。然而，蘇鐵的基因組較大，結構復雜，為科學研究工作增添不少難度。現存最原始種子植物中，僅蘇鐵分支一直缺少完整的基因組圖譜。

2017年，深圳華大生命科學研究院(以下簡稱華大研究院)、深圳市仙湖植物園、中科院昆明植物所聯合發起蘇鐵基因組項目。華大研究院劉歡研究員介紹，該項目選取蘇鐵類最基部的類群、同時也是中國特有的古老殘遺種-攀枝花蘇鐵作為測序材料，吸引了植物學領域國際頂級專家加入，最終由國內外22個機構，60多名科學家共同參與完成，研究成果數據公開共享，全球科學家可免費下載使用。

研究團隊基于現存蘇鐵目339種植物的轉錄組數據，重建了蘇鐵類自身的系統發育關系，確定了蘇鐵演化的完整歷史。分子鐘分析表明，現存蘇鐵的多樣化同步發生于距今1100萬年至2000萬年之間，是中新世以來氣候劇烈變化的結果。

此外，關于裸子植物的共同祖先是否經歷了全基因組加倍事件一直存在爭議。研究發現，伴隨著種子植物起源，許多關鍵創新性狀如種子發育、花粉、次生生長相關的基因家族均發生了創新或擴張。在種子植物的祖先節點共發現663個新獲得的基因家族和368個擴張的基因家族，推斷現存裸子植物的最近共同祖先可能經歷了一次古老的全基因組復制事件。

研究還發現，蘇鐵種子的毒性雖限制了蘇鐵的食用功能，但其仍能發揮出重要的社會效益。研究團隊在攀枝花蘇鐵基因組中發現一種細胞毒素蛋白基因(fitD)，該基因起源于細菌，通過水平基因轉移的方式轉移到真菌和蘇鐵中。深圳仙湖植物園張壽洲教授介紹，“本次發現的毒性蛋白能夠殺死一些常見昆蟲，如棉鈴蟲、小菜蛾等，目前已通過基因重組技術將其成功應用于棉花，事實證明其殺蟲效率比現有抗蟲棉更高，可在棉花種植中進行推廣。此外，該毒性蛋白的植物性來源，也使其對玉米等農作物具有更安全、更高的保護性。”

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