上海交大陈诚课题组揭示植物陆地化过程中叶绿体分裂机制的适应性演化机制

叶绿体起源于蓝细菌与真核宿主细胞的内共生作用，是绿色植物特有的重要细胞器，在光合作用等基本生命活动中发挥关键作用。在漫长演化历程中，植物逐渐形成了调控叶绿体数量和大小的功能机制，以确保细胞内环境的稳定，并在植物生长发育过程中提供其所需光合作用能力。尽管叶绿体分裂已经得到广泛研究，但其核心成员的起源和功能演化仍不清楚。

近日，上海交通大学农业与生物学院陈诚课题组在CellReports发表了题为Adaptive Evolution of Chloroplast Division Mechanisms during Plant Terrestrialization的研究论文，揭示了植物叶绿体分裂机制中少数起源于真核宿主细胞的分裂基因更多地参与到帮助植物适应登陆后复杂、多变环境生物学过程的适应性演化机制。

该研究利用最新公布的泛植物界物种的基因组和转录组数据，鉴定了不同物种中存在的叶绿体分裂核心成员，并重建了它们的演化史。将完整分裂环结构首次出现的时间点从以往仅限于维管植物，推前到水生植物轮藻中。区别于大多数功能机制的演化，叶绿体分裂是在植物登陆前（例如灰藻）就受到了环境的强烈选择，基因的分散复制为此提供了适应性演化的主要动力。通过利用多组学数据（转录组、蛋白质组、转录调控、单细胞等）开发的基因功能注释工具，进一步表明分散复制演化的叶绿体分裂基因获得了更多物种特异性功能。结合遗传和生理实验，证明了由分散复制演化的叶绿体分裂重要成员PARC6在番茄中获得了除叶绿体分裂功能之外调控植物生长发育的新功能。

综上，本研究为叶绿体分裂机制的演化提供了一个综合视角，并强调了基因的分散复制作为叶绿体分裂适应性演化主要来源的潜力。

上海交通大学农业与生物学院刘默洋副研究员和余晶硕士（已毕业）为论文第一作者，陈诚（长聘教轨）副教授为通讯作者，博士生杨鸣和上海交通大学生命科学技术学院曹凌雁助理研究员参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金、上海市浦江人才计划等项目的资助。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113950