武大丁毅教授发表莲线粒体基因组图谱
莲（Nelumbo nucifera）是白垩纪晚期的孑遗植物。测定莲的线粒体基因组序列，对于阐明真双子叶植物的演化特征，是非常重要的。最近，武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室丁毅教授团队在Nature子刊《Scientific Reports》上在线发表题为“The mitochondrial genome map of Nelumbo nucifera reveals ancient evolutionary features”的研究论文。这项研究采用单分子实时测序技术（SMRT）测定了莲线粒体全基因组序列，并在从头组装和注释之后构建了线粒体基因组图谱。
线粒体基因组的大小在被子植物之间存在差异，从约220 KB（油菜）至11.3 MB（Silene conica），反映了非编码DNA的插入，包括质体和细胞核 DNA，以及来自水平基因转移（HGT）和DNA。在被子植物演化过程中，基因组组织也是可变的，从而反映了重复序列介导的频繁的分子内或分子间同源重组。线粒体基因组的组织、基因含量和RNA编辑，在种子植物之间存在着显著规模的差异。这种变化对于研究基因组结构和序列的演变，是非常有用的。
莲就像银杏、红杉、水杉、鹅掌楸一样，是白垩纪晚期的孑遗植物。在白垩纪早期，莲是阿尔必中期繁荣生长的一种多年生水生植物。目前，莲已被列入单型科莲科，其中包含一个单一的属Nelumbo。本属包括两个物种，N. nucifera和N. lutea。作为一种谱系出现在核心真双子叶植物分支之前的双子叶植物，莲对于真双子叶植物的起源供了新的见解。莲的细胞核和叶绿体基因组在最近已经发布。然而，关于莲的线粒体基因组信息还没有报道。因此，测定莲的线粒体基因组序列，以揭示这种植物的进化特征，并提供“从基部被子植物到高级双子叶植物的进化轨迹”的相关线索，是非常重要的。
通过单分子实时测序技术（SMRT）的第三代测序技术，不需要PCR扩增，就能产生相当长的（多达30 KB）的无偏估DNA序列。此前，该技术已经通过PacBio RS II平台应用于从头组装。
在这项研究中，研究人员使用单分子实时测序技术（SMRT）测定了莲的线粒体基因组，并在从头组装和注释之后构建了线粒体基因组图谱。结果表明，524797 bp的莲线粒体基因组共有63个基因，包括40个蛋白质编码基因，3个rRNA基因和20个tRNA基因。15个共线基因簇在不同种类的植物之间是保守的。研究人员在蛋白质编码基因中确定了大约有700个RNA编辑位点。通过选择压力分析，他们确定了正选择的基因。
研究人员鉴定了19个叶绿体来源的片段，和七个来自叶绿体的tRNAs。这些结果表明，莲线粒体基因组仍然保留进化上保守的特点，包括古老的基因内容和基因簇、高水平的RNA编辑和低水平的叶绿体衍生片段插入。作为第一个公开的基底双子叶植物线粒体基因组，莲线粒体基因组，可促使研究人员进一步分析基部双子叶植物的特征，并提供“从基部被子植物到高级双子叶植物的进化轨迹”的线索。
注：丁毅，教授，博士生导师，湖北省有突出贡献的中青年专家，中国遗传学会第七届科普与教育委员会委员，湖北省遗传学会副秘书长，湖北省植物学会理事。主要研究方向为植物分子细胞遗传学。
参考文献：
Songtao Gui, Zhihua Wu,, Dequan Liang & Yi Ding.The mitochondrial genome map of Nelumbo nucifera reveals ancient evolutionary features.Scientific Reports 6, Article number: 30158 (2016) doi:10.1038/srep30158
本文来源于：生物通/王英
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