赫里科尼亚属植物高度保守的叶绿体基因组图谱揭晓

我们非常高兴地宣布，XinLab 在《植物科学前沿》（Frontiers in Plant Science，2025年第15卷）上发表了题为“Unveiling the Conserved Nature of Heliconia Chloroplast Genomes”（揭秘赫里科尼亚属叶绿体基因组的保守性）的新研究。该研究由 刘心 和程鑫领衔，并得到了实验室成员及史密森尼学会（Smithsonian Institution）John W. Kress 等合作伙伴的贡献。这项工作深入挖掘了赫里科尼亚属——这种以绚丽苞片闻名的热带植物的基因组基础。

为什么这项研究很重要？

赫里科尼亚属植物拥有令人惊叹的花序，是热带地区生态和园艺界的明星。但究竟是什么驱动了它们的多样性？我们的研究通过分析它们的叶绿体基因组（驱动光合作用的母系遗传 DNA）来寻找演化线索。通过对四种赫里科尼亚物种进行测序和比较，我们为理解它们的遗传稳定性及潜在适应性奠定了基础，为未来的植物科学突破提供了资源。

主要发现

我们组装了红赫里科尼亚（Heliconia bihai）、加勒比赫里科尼亚（H. caribaea）、直立赫里科尼亚（H. orthotricha）和弯花赫里科尼亚（H. tortuosa）的完整叶绿体基因组，发现了显著的保守性：

• 基因组结构：四个基因组大小约为 161,700 bp，具有被子植物典型的四分体布局（大单拷贝区 LSC、小单拷贝区 SSC 和两个反向重复区 IR），包含 132 个基因（86 个编码基因、8 个 rRNA 和 38 个 tRNA）。
• 低多样性：赫里科尼亚属的核苷酸多样性（π）低于姜目（Zingiberales）中的其他科，这表明它们视觉上的多样性并非由叶绿体变异驱动。
• 重复序列：简单序列重复（SSRs）因物种而异。例如，弯花赫里科尼亚和直立赫里科尼亚包含六核苷酸 SSRs，这为物种鉴定提供了潜在的分子标记。
• 选择信号：ndhD、rpl2 和 ycf2 等基因显示出正向选择信号，暗示它们在光合作用和蛋白质输入中发挥了作用。
• 系统发育见解：基于最大似然法分析，赫里科尼亚在姜目中形成了一个独特的演化支，与芭蕉科（Musaceae）和鹤望兰科（Strelitziaceae）亲缘关系最为密切。

XinLab 的角色

这项研究展示了 XinLab 在基因组学和进化生物学方面的专业能力。刘心 作为通讯作者主持了该项目，程馨负责数据整理和分析。实验室成员参与了方法论制定和论文撰写，并与史密森尼学会的赫里科尼亚专家 John W. Kress 展开了紧密合作。

探索研究成果

• 阅读论文：论文已在《Frontiers in Plant Science》开放获取，点击此处阅读。
• 获取数据：叶绿体基因组已保存在 NCBI（PP093761 等）和 CNGBdb（CNP0005095）。

展望未来

程鑫是刘心指导的博士生，他的主要研究方向是赫里科尼亚基因组。在与合作伙伴的协作下，我们收集了多种赫里科尼亚属植物并进行了基因组测序，目前主要由程鑫进行基因组数据分析。除了叶绿体基因组外，针对多个物种的核基因组比较分析也正在进行中，我们希望尽快发布这些结果。

此外，由于赫里科尼亚科包含许多具有独特花部形态的观赏植物，且其与蜂鸟之间的协同进化现象极具科研价值，程鑫近期前往泰国东芭热带植物园（Nong Nooch Tropical Botanical Garden）与合作伙伴开展工作。在那里，我们完成了更多物种以及各种花部组织的采样。我们将继续推进赫里科尼亚基因组研究，探讨其花部形态演化的机制。

由 XinLab 发布于 2025 年 4 月 11 日