科学家对鹅毛草基因组进行测序

一个国际研究小组已经测出了黄鼠狼的基因组序列韭属taiwanensis这是一种台湾特有的水生植物,并揭示了其独特的光合作用方法。他们的结果出现在杂志上自然通讯

台湾水韭基因及重复元件的分布(中):相对均匀的分布不同于被子植物的基因组,但与其他无种子植物的基因组分布相似;只有超过10mb的支架才被绘制。图片来源:Wickell等人,doi: 10.1038/s41467-021-26644-7。

基因和重复元素的分布韭属taiwanensis(中):相对均匀的分布不同于被子植物的基因组,但与其他无种子植物的基因组分布相似;只有超过10mb的支架才被绘制。图片来源:Wickell, doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 26644 - 7。

大多数植物在白天吸入二氧化碳,利用阳光将这种气体转化为糖,然后在太阳下山时停止呼吸。

但干旱地区的植物已经进化到在晚上吸入二氧化碳,然后在白天停止呼吸,因为它们进行光合作用。这个策略叫做景天酸代谢(CAM)光合作用——帮助植物节约水。

四十年前,鹅毛草属植物韭属成为第一批发现利用CAM进行光合作用的水生植物。

对于水生植物来说,白天失水显然不是问题。相反,刺藤利用CAM收集溶解在水中的二氧化碳,并将其储存一夜,以避免与其他水生植物和生物(如藻类)竞争,后者会在白天耗尽水里的二氧化碳。

为了研究鹅毛菜CAM光合作用过程的遗传机制,博爱汤普森研究所的李飞伟博士及其同事对鹅毛菜的基因组进行了测序和分析韭属taiwanensis

他们发现鹅毛草和陆地植物的光合作用有一些相似之处,但也有一些不同之处。

然后,他们利用基因组识别CAM通路基因,并检查它们的表达模式,包括这些模式如何在昼夜循环中改变。

毛莨属植物与陆生植物CAM的一个显著区别是CAM的功能磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)。

所有植物都有两种类型的PEPC:植物型,长期以来因其在光合作用中的重要作用而闻名;和细菌型,它类似于在细菌中发现的PEPC。

“在所有其他植物中,细菌型PEPC在一系列代谢过程中发挥作用,但不是光合作用,”康奈尔大学和博伊斯·汤普森研究所的博士生戴维·威克尔说。

“在韭属这两种类型的PEPC似乎都与CAM有关——这在任何其他植物中都没有发现,这表明细菌型PEPC在水生CAM中具有独特的作用。”

“所有植物都有CAM的多种成分,这就是为什么这个过程进化了这么多次,”李博士说。

“但水生和陆生植物吸收了这些成分的不同版本,可能是为了满足不同环境施加的需求。”

科学家们还发现,与陆生植物相比,鹅毛草中一些昼夜节律调节因子的表达水平在一天中的不同时间达到峰值,这表明昼夜节律钟调节CAM功能的方式可能不同韭属

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d . Wickell.2021.阐明了水下CAM光合作用韭属基因组。Nat Commun12, 6348;doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 26644 - 7

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