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三葉崖爬藤俗稱三葉青,是葡萄科珍稀藥用植物。三葉青的塊根及全草富含黃酮類和多糖等活性成分,具有抗病毒、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)及抗腫瘤等藥理活性。
近期,中國科學(xué)院武漢植物園邱英雄團隊基于覆蓋全分布區(qū)的29個異質(zhì)性生境種群的重測序數(shù)據(jù),構(gòu)建了三葉青轉(zhuǎn)座子變異圖譜,解析了轉(zhuǎn)座子驅(qū)動植物環(huán)境適應(yīng)性進化的分子機制。
基于SNPs和轉(zhuǎn)座子變異位點的種群遺傳結(jié)構(gòu)分析顯示,三葉青存在顯著的譜系分化。SNPs數(shù)據(jù)重建的種群動態(tài)歷史表明,中新世晚期和上新世的全球氣候變冷以及東亞冬季季風(fēng)增強共同驅(qū)動三葉青譜系分化,表現(xiàn)為南北譜系分化進而形成4個亞譜系。同時,各亞譜系在更新世晚期呈現(xiàn)周期性種群收縮-擴張模式。研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)座子變異位點擴增始于上新世晚期,而大部分位點的轉(zhuǎn)座活動發(fā)生于末次冰期。這表明,第四紀氣候波動通過調(diào)控種群動態(tài)影響轉(zhuǎn)座子活動,進而塑造現(xiàn)存譜系間轉(zhuǎn)座子的差異化分布格局。
進一步,選擇性清除和GEA分析顯示,僅有少量轉(zhuǎn)座子變異位點呈現(xiàn)正選擇信號,但有更高比例的位點與氣候因子相關(guān)。這些受選擇或與氣候相關(guān)的轉(zhuǎn)座子位點主要與植物器官發(fā)育、脅迫響應(yīng)及防御相關(guān)基因關(guān)聯(lián)。加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析揭示TEs相關(guān)環(huán)境適應(yīng)基因比SNPs相關(guān)基因具有更多的連接邊,表明其可能有更強的調(diào)控效應(yīng)?;蚪M分布特征分析發(fā)現(xiàn),基因稀疏區(qū)域的轉(zhuǎn)座子豐度高于基因密集區(qū),且這些區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)座子變異位點的XtX和BF值均顯著升高。
上述發(fā)現(xiàn)深化了科研人員對植物適應(yīng)性進化基因組機制的認識,為三葉青的引種馴化、分子育種和遺傳資源保護提供了理論依據(jù)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《新植物學(xué)家》(New Phytologist)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。
三葉崖爬藤群體中轉(zhuǎn)座子變異位點的特征
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