PNAS | 中科院植物所郭亚龙研究组发现转座子变异提高植物适应能力

　　物种形成或物种入侵到一个新的生活环境往往只涉及祖先物种里的少数群体或个体，从而导致形成的新物种或入侵群体的遗传多样性下降（瓶颈效应）。尽管新物种或入侵群体遗传多样性很低，但仍能够适应新生境，这种很低的遗传多样性和很强的适应能力之间的巨大反差被称为“生物入侵的遗传悖论”（genetic paradox of biological invasion）。十字花科的 Capsella rubella 是一个二倍体物种，隶属于荠属而且是拟南芥的近缘种，是一个新近起源的物种，在其物种形成过程中，祖先物种 Capsella grandiflora 中的少数个体交配系统发生转变（从异交变为自交），从而形成了 C. rubella。物种形成过程中的极端瓶颈效应极大地降低了其遗传多样性，但其分布范围却比其祖先物种C. grandiflora大。这就产生了一个非常有意思的问题，遗传多样性如此低的物种，如何能够快速地适应新生境，提供了研究“生物入侵的遗传悖论”的典型案例。

　　近日，中国科学院植物研究所郭亚龙研究组与中科院植物所葛颂研究员以及澳大利亚莫纳什大学Sureshkumar Balasubramanian教授合作在PNAS上发表了题为Transposable elements drive rapid phenotypic variation in Capsella rubella 的研究论文。该研究揭示了在遗传多样性很低的物种里转座子的大量扩增能够快速产生遗传变异并导致关键适应性状的变异，从而提高其适应能力。

　　该研究通过比较C. rubella与其异交的祖先物种C. grandiflora，发现转座子（transposable elements, TEs）在自交物种C. rubella里高度富集（图），转座子变异促进了快速的表型变异，如TEs插入到开花时间相关基因FLC区域促进开花，早开花使这个物种能够适应地中海区域（夏季炎热干燥）。该研究揭示了在遗传多样性很低的物种里转座子的大量扩增能够快速产生遗传变异并导致关键适应性状（如开花时间）的变异，从而提高其适应能力。转座子的变异及其对适应性状的影响在一定程度上为解释生物入侵的遗传悖论提供了思路：转座子的“爆发”产生的遗传变异能使遗传多样性很低的物种在新的生境快速适应。

　　图：转座子在C. rubella基因组里大量扩增促进快速适应。

　　郭亚龙研究组博士研究生牛小敏和徐永超为共同第一作者，郭亚龙研究员为通讯作者。该研究得到基金委“微进化过程的多基因作用机制”重大研究计划、中科院战略性先导科技专项（B类）“植物特化性状形成及定向发育调控”、种子创新研究院及中国科学院国际人才计划（PIFI）资助。