水平基因转移影响樟科无根藤cox1基因的进化过程

水平基因转移（Horizontal Gene Transfer, HGT）是一种跨越物种界限的遗传物质传递方式，被认为是生物进化的主要动力之一。在关于水平基因转移的一系列研究中，cox1基因通过内含子归巢1介导的水平基因转移频繁发生于被子植物，尤其是寄生植物中；尽管大多数被子植物的cox1基因都不具有内含子，但除了极个别特例外，寄生植物的cox1基因几乎全部都含有内含子。但是，cox1基因进化是否存在除内含子归巢以外的其它转移方式，以及同一植物不同群体中是否存在不同的cox1拷贝等问题亟待开展深入研究。

版纳植物园植物系统发育与保护生物学研究组博士生张灿瑜与助理研究员马会，选择樟科（Lauraceae）寄生植物无根藤（Cassytha filiformis Linnaeus）作为研究对象，通过克隆测序发现在中国境内分布的大部分无根藤（约90%的个体）中存在两个不同结构的cox1拷贝。进一步的生物信息学分析表明，I型拷贝具有完整的开放阅读框并编码细胞色素C氧化酶亚基；然而II型拷贝不论外显子还是内含子都过早出现终止密码子，失去了编码功能。我们同时对其它32种樟科植物的cox1基因进行了测序，并结合NCBI上已有的其它樟科cox1序列以及其它被子植物的cox1序列进行系统发育分析和CCT2比较分析，结果均显示两种类型的cox1基因来源不同：I型拷贝的外显子可能从木兰类（magnoliids）植物垂直传递而来，之后通过内含子归巢机制捕获了其它物种的cox1基因的内含子，而整个II型拷贝则可能从菟丝子属（Cuscuta）植物或其它旋花科（Convolvulaceae）植物整体水平转移而来。此项工作通过对cox1基因两个独立水平基因转移事件的研究，增进了对寄生植物无根藤中cox1基因进化和线粒体基因组高动态复杂进化历史的理解。

研究结果近期以Horizontal Gene Transfer has Impacted cox1 Gene Evolution in Cassytha filiformis为题发表于Journal of Molecular Evolution。

注释：

1、cox1内含子归巢（intron homing）：通过双链断裂修复途径，使外源内含子可插到缺乏内含子的同源等位基因中。

2、CCT区：在cox1内含子归巢过程中，紧邻供体内含子的部分外显子区域通常取代部分受体外显子序列。转换后的外显子序列的区域称为“共转换区”（CCT）。如果供体和受体植物的侧翼外显子序列不同，则此过程将产生一个“足迹”，即使内含子本身再次丢失，该足迹也可以保留。

图1. 基于cox1外显子构建的最大似然树

图2. 基于cox1内含子构建的最大似然树