铁十字|秋海棠缘何“背阳而生” 秋海棠科|基因组大小|植物基因

■采访人员张晴丹
自然界中，大部分植物是喜阳的，有些植物光照越充足长势越好，光照不足时则会徒长、不开花，严重的还会死亡。但秋海棠属植物特立独行，它一般生长在树荫下面，而且形态丰富，这引起了科研人员的兴趣。
近日，深圳市仙湖植物园与深圳华大生命科学研究院等合作，绘制了秋海棠属植物高质量参考基因组，揭示了秋海棠属植物多样性演化和耐阴适应性相关机制，为秋海棠属植物后基因组学研究提供了重要参考。相关研究成果发表于《新植物学家》。
破解“四个”典型代表基因组
秋海棠属是世界上物种多样性最为丰富的类群之一，是全球维管植物物种数量排名前十的大属，种类超过2000种。秋海棠属植物主要分布在赤道附近的热带及亚热带地区。
“秋海棠属植物叶型、叶斑变化多样，花色丰富，兼观叶与观花于一身，观赏价值极高，是现今最具应用价值的园艺观赏花卉之一，在我国南方许多城市广泛种植。”论文共同通讯作者、华大生命科学研究院研究员刘欢在接受《中国科学报》采访时介绍。
实际上，人工培育的秋海棠品种多样，野生种秋海棠种类也非常多。从2008年开始，仙湖植物园就对秋海棠属植物资源进行收集。
“目前，我们已收集保育400余种秋海棠属植物种质资源，成为国内该类群收集种类最多的单位之一。”论文共同通讯作者、仙湖植物园张寿洲研究员告诉《中国科学报》。
收集材料的核心在于保护和利用，寻找其有用的价值。从花卉种质创新角度来看，急需一个参考基因组，为将来各种性状的基因挖掘打好基础。
“我们选了四个典型代表，即桑寄生状秋海棠、铁十字秋海棠、黑武士秋海棠、盾叶秋海棠，对它们进行全基因组组装。”刘欢说。
张寿洲介绍，其中，桑寄生状秋海棠是非洲特有的附生种类；铁十字秋海棠采自我国广西石灰岩地貌，叶斑非常显著；黑武士秋海棠分布在马来西亚，叶片近黑色，生活在雨林底层，耐阴能力极强；盾叶秋海棠采自我国海南，是目前已知最耐旱的秋海棠属植物。
此外，团队还完成了74个全球代表性种类的浅层基因组测序，覆盖了秋海棠属一半以上的组，种类涵盖亚洲、非洲和美洲等主要分布区域，对研究秋海棠属多样性演化非常关键。
组装结果显示，四个物种基因组大小介于331Mb ~ 799Mb，基因数量介于22059~23444之间，BUSCO评估均达到91%以上，高质量基因组组装为秋海棠属植物功能基因组学研究以及分子育种培育新优品种提供了重要参考。
两个“事件”引发改变
保护生物多样性对维持生态系统的稳定格外重要。“保护生物多样性就是在保护人类自己，前提是要理解生物多样性从何而来，在这个过程中，我们才会形成各种保护机制。”张寿洲表示。
根据基因组研究，团队获得了一个重要发现，秋海棠属祖先在大约3500万年前经历了一次特有的全基因组加倍事件，该事件对秋海棠属植物多样性演化和耐阴适应性具有重要贡献。
秋海棠属隶属于葫芦目秋海棠科，与之关系较近的葫芦科，如冬瓜、南瓜、黄瓜、丝瓜、葫芦、西瓜等都是著名果蔬。“我们发现，这个全基因组加倍事件并不是葫芦目里普遍存在的，而是秋海棠属所特有的。”论文第一作者、仙湖植物园植物研究中心李凌飞博士告诉《中国科学报》。
“而且，全基因组加倍事件与秋海棠属的多样性以及耐阴特性都具有密切关系。”张寿洲说。
实际上，从裸子植物到被子植物，很多类群的祖先都在某个关键节点上发生过至少一次全基因组加倍事件，才产生了丰富的物种。

铁十字|秋海棠缘何“背阳而生”

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