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辰山植物园揭示全基因组复制对水蕨适应性影响

国家保护植物水蕨属于凤尾蕨科水蕨亚科水蕨属的泛热带一年生蕨类,是蕨类植物研究的模式植物,也是中国南方各地常用的水生蕨菜。近年以来,随着测序技术的快速发展,多数开花植物和脊椎动物都被报道经历了多轮全基因组复制事件。蕨类植物拥有很高的染色体数目及巨大的基因组,被认为经历了更多次的古多倍化。然而多基于细胞学研究,缺乏分子学证据。

4月19日,上海辰山植物园(中国科学院上海辰山植物科学研究中心)蕨类植物多样性和进化课题组,联合中国科学院华南植物园,在国际著名学术期刊国际分子科学杂志International Journal of Molecular Sciences上发表了题为“Dating whole genome duplication in ceratopteris thalictroides and potential adaptive values of retained gene duplicates”的研究论文,以上海辰山植物蕨类植物研究团队助理研究员张锐为第一作者,中国科学院华南植物园王发国副研究员为共同第一作者,严岳鸿研究员为通讯作者。本研究基于转录组数据对水蕨ceratopteris thalictroides进行全基因组复制分析,表明水蕨至少经历了一次全基因组复制,该次加倍事件发生于51-53mya,这与历史上古新世—始新世极热事件Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM)相吻合,该事件导致全球海平面上升,气候极端高温高湿。基因家族分析发现,水蕨MADS-box基因家族中与根发育相关基因发生了扩张,可能是水蕨属植物适应水生环境的关键因素。该次全基因组复制对于促进水蕨对极端环境的适应性,并为进一步解析全基因组复制对蕨类基因组及其进化历程的影响提供新线索。研究工作得到中科院先导专项、上海市绿化局科技攻关项目和广东省自然科学基金项目的共同资助。


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