红树林质体基因组的谱系特异性进化研究

红树林繁茂于热带及亚热带沿海地区，是连接陆地与海洋生态系统的桥梁。红树植物是由其陆生祖先多次独立进化而来的，这为研究基因组趋同进化与谱系特异性适应提供了绝佳机会。在发表于《植物基因组》（The Plant Genome）的最新研究中，我们比较了 21 种红树植物的质体基因组，揭示了关键的进化模式与适应特征。

主要发现

• 高度保守的质体基因组结构： 尽管演化背景各异，红树植物的叶绿体基因顺序、含量和基因组大小在很大程度上保持保守。然而，也存在一些特异性变异，包括：
  • 小花老鼠簕（Acanthus ilicifolius）中光系统 I 基因（psaZ）的丢失
  • 黑皮红树（Avicennia germinans）中核糖体蛋白基因（rpl23）的倒位

• 系统发育聚类与重复序列含量差异： 系统发育分析将红树植物分为六大演化支：核心薄囊蕨类、木兰类、鸭跖草类、唇形类、锦葵类和豆类。重复序列分析显示，同目物种间的重复序列较为保守，但在不同红树谱系间差异显著。

• 正向选择与进化动态： 研究发现核糖体蛋白基因 (rps7) 在某些红树物种中处于正向选择之下，包括水笔仔（Kandelia obovata）、红海兰（Rhizophora stylosa）、海莲（Bruguiera sexangula）和红树（Rhizophora mangle）。然而，在红树植物质体基因组中并未检测到广泛的趋同进化迹象。

研究感悟

这项研究是我们红树林共生微生物组更广泛研究计划的一部分，为理解红树植物的适应性与谱系特异性演化提供了宝贵的基因组资源。该研究由石程程（Chengcheng Shi）作为其博士论文的一部分主导完成，并得到了华大基因青岛分院（BGI-Qingdao）刘心团队的支持。

红树植物已经进化出耐受极端环境的能力，包括高盐度、厌氧土壤和潮汐波动。然而，尽管面临相似的生态压力，我们的研究显示叶绿体基因组之间的基因组趋同极小。相反，谱系特异性的进化动态似乎在塑造质体基因组变异方面发挥了更大作用。随着我们继续开展环境基因组学研究，我们旨在进一步探索质体演化如何影响植物在极端生境中的适应性。

研究全文可通过 The Plant Genome 在线访问。