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寄生开花植物Sapria的遗传序列

1月22日,在哈佛大学(Harvard)领导下的一组研究人员在“当前生物学”(Current Biology)中展示了最完整的基因组,该基因组由一种主要的莱佛士科血统,即喜马拉雅草(Sapria himalayana)组装而成。该物种在东南亚发现,其斑驳的红色和白色花朵大约相当于餐盘的大小。(它是更著名的表弟,Rafflesia arnoldii,其花朵直径近三英尺,是世界上最大的花朵。)

该基因分析揭示基因缺失从古代和现代的主机数量惊人的基因盗窃的令人惊叹的程度。这些发现为成为内寄生物(一种完全依赖其宿主的所有营养素的生物)所需要的基因的数量和种类带来了独特的见解,并为开花植物的基因组可以改变多远提供了新的见解。仍然保持功能。

分析揭示了一种花的种类,这些花的进化和基因组历史很大程度上未知,因为它们缺乏传统的身体,大部分生命都在寄主中度过,并且缺乏进行光合作用的机制(使大多数植物保持生命)。

萨普利亚人抛弃尸体并适应成为体内寄生虫时经历的惊人基因丧失程度令他们震惊。Sapria基因组中几乎没有大多数开花植物中发现的所有基因中的一半。基因损失的程度是其他植物寄生虫损失程度的四倍以上。许多丢失的基因包括负责光合作用的关键基因,光合作用将光转化为能量。

“在许多方面,这是一个奇迹,今天存在这些植物,更何况,他们似乎已经持续了数千万年前,”查尔斯·戴维斯,谁领导这个项目,是有机体和教授说,进化生物学的教授哈佛大学Herbaria文理学院和维管植物馆长。“他们确实抛弃了许多我们认为是典型植物的东西,但它们已深深植根于植物的生命之树中。”

同时,数据证明了变成寄生虫的潜在进化趋同,因为研究人员比较了S鼠和寄生植物,尽管它们分别进化,但它们丢失了许多相同类型的基因。

“我们的结论是,有一个共同的基因组或遗传蓝图植物寄生虫如何演变,”蔡哩盟'20博士,加州大学河滨大学的研究人员,谁帮助领导这项研究的说研究生在哈佛艺术与科学研究生院的戴维斯实验室。

科学家们还鉴定出了数十种通过水平(或横向)基因转移而不是传统的亲子间遗传途径进入萨普里亚基因组的基因。基本上,这意味着Sapria从其宿主那里窃取了该DNA,而不是将其传递给了他们。

然后,研究人员重建了他们检测到的横向基因转移,将过去几百万年前的寄主隐藏在一起。

他们估计他们已经测序了大约40%的基因组,认为这是核心,其余部分可能是重复区域。

这项研究合作包括来自全国和世界各地的科学家,包括戴维斯实验室的前学生以及泰国和马来西亚的合作者。哈佛大学的研究人员与蔡同志一起,包括FAS信息学集团生物信息学总监Timothy Sackton。该小组的前生物科学家Brian Arnold;该小组现任生物科学家Danielle Khost;鲍尔核心设施总监克莱尔·哈特曼(Claire Hartmann)。

“ [该项目]确实说明了这些新的测序技术如何真正为解决以前无法解决的问题提供了可能性,特别是在这类怪异基因组的多样性非常广泛的植物中,”萨克顿说。

该项目可追溯到2004年。该项目涉及在泰国和马来西亚进行的广泛野外工作以及精心的物流运输工厂。在实验室中,研究人员解剖了植物并提取了其遗传物质。这涉及到其自己的一系列敏感方案,例如确保不要将来自寄生虫的基因与宿主的基因交叉污染。研究人员说,将基因组放在一起就像组装一个有数百万个碎片的拼图。

当涉及到寄生虫时,紫草科是噩梦。它们没有自己的根,茎或叶。取而代之的是,它们在生命的大部分时间内都是不可见的,它们只能像一条小小的细胞项链一样生活在寄主的木质藤蔓中,直到没有任何警告时(就像电影《异形》中的生物一样),它们突然绽放出一些最大的花朵在世界上。它们的肉或水果腐烂的刺激性气味吸引了腐烂的苍蝇,它们帮助这些植物授粉,使它们产生种子并传播到另一个毫无戒心的寄主中,从而重新开始整个周期。

桔梗科代表寄生虫病的最极端形式,称为寄生虫病。对于那些研究这些植物的人来说,这是使它们如此出众的众多因素之一。

戴维斯说:“这些很容易成为所有开花植物中最有魅力和最奇怪的。” “他们是如此离奇。”

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