BMC Biology | 南京农业大学在蔷薇科线粒体基因组进化研究方面取得新进展

责编 | 王一

线粒体是植物细胞的能量工厂，在植物生长、发育和繁殖等过程中发挥重要作用。与核基因组双亲提供遗传物质的方式不同，植物线粒体基因组遗传信息主要由母本提供，利用线粒体变异信息进行群体结构分析可以更好的理解母系遗传机制和进化关系、探究选择驯化对线粒体基因组结构的影响。蔷薇科（Rosaceae）有90属约3000种，包括草本、灌木和乔木，其中苹果、梨、桃、草莓等是重要的果树树种。近年来，有关蔷薇科核基因组遗传密码解析的研究进展颇丰，但对蔷薇科线粒体基因组的变异和进化机制仍不清楚。

近日，BMC Biology在线发表了南京农业大学研究团队题为Rearrangement and domestication as drivers of Rosaceae mitogenome plasticity的研究论文。该研究新组装了蔷薇科34个线粒体基因组，结合已发表的4个线粒体基因组，探索了蔷薇科线粒体基因组的变异机制。研究发现，蔷薇科线粒体基因组发生了广泛的基因丢失，相比于桃亚科6个属的线粒体基因组，蔷薇亚科的5个属的线粒体基因组丢失了3个蛋白质编码基因（rpl5、rpl16和sdh3），在亚科内不同属间也存在大量的基因丢失事件。同时，发现38个蔷薇科线粒体基因组大小与重复序列含量呈正相关，其中大量重复序列存在重组活性，为线粒体基因组亚结构形成提供了证据。此外，在蔷薇科11个属间鉴定到了大量重排事件和较大重排速率差异（图1），在不同属内（梨属、苹果属、李属和草莓属）也发现该现象。推测蔷薇科线粒体的基因丢失和重排是植物的适应性变异。

图1 蔷薇科线粒体基因组重排速率分析

进一步分析139份梨种质资源的重测序数据，发现亚洲栽培梨群体中存在两个不同的母系。在亚洲梨线粒体基因组的选择驯化区间内鉴定到一个缺失序列(DEL-D)，该片段最初出现在桃亚科线粒体基因组中，然后通过同源重组、序列转移和选择驯化被固定到梨栽培群体（图2）。研究结果表明选择驯化过程会影响线粒体基因组，并可能通过对特定序列的选择来提高植物的适应性。

图2 梨线粒体基因组选择驯化及缺失序列分析

该研究以南京农业大学园艺学院在读博士生孙满意为第一作者，山东农业大学园艺科学与工程学院张明月副教授为共同第一作者，南京农业大学吴俊教授为该论文通讯作者，中科院植物所刘彬彬副研究员参与了该研究。本项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系、江苏省梨产业技术体系、以及江苏省自然科学基金青年项目的资助。

论文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35986276/