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云南大学乔琴/耿宇鹏团队在植物适应海拔梯度的分子机制研究方面取得新进展

来源：花匠小妙招时间：2024-11-14 19:50

近日，云南大学乔琴/耿宇鹏团队与云南中医药大学张体操教授团队合作，进一步利用基因组测序、群体基因组学技术解析了菥蓂适应海拔梯度的分子机制，相关研究结果近日以“Genomic analysis of field pennycress (Thlaspi arvense) provides insights into mechanisms of adaptation to high elevation”为题发表于生物学国际一流期刊BMC Biology（5yIF=8.18）。

生物如何适应不同的环境是进化生态学的核心问题之一。海拔是影响环境差异的重要因素，相比低海拔地区，高海拔地区（例如青藏高原）常常具有低温、低氧、土壤贫瘠和紫外线辐射强等极端环境。同一种植物如何适应海拔不同的生境呢？十字花科植物菥蓂（Thlaspi arvense）生态适应性很强，从东部沿海到青藏高原都有分布，其生长的海拔落差可以达到4500米，是研究植物适应海拔梯度机制的理想材料。乔琴/耿宇鹏团队在前期工作中研究了该植物在遗传多样性和表观遗传多样性方面的特点（An et al. 2015, International Journal of Molecular Sciences；Geng et al. 2020, Ecology and Evolution；Guan et al. 2020, Genes & Genetic Systems）。

该团队通过高通量测序和Hi-C技术获得了菥蓂染色体水平的高质量基因组（527.3 Mb），并对其进行解析（图1）。在此基础上对两个高海拔和两个低海拔种群的40个菥蓂个体进行了群体基因组分析，检测到一百多万个高质量的单核苷酸多态性（SNP），并进行遗传结构和种群历史分析。通过3个互补的自然选择清除分析（Fst，Pi，CLR），在高海拔群体中检测到130个可能参与高原适应的受选择基因，包括DNA修复、泛素相关、种子休眠等途径相关基因。特别值得注意的是，菥蓂的高低海拔居群之间，开花时间存在明显差异，通过检测多个开花时间相关基因，发现FLC基因在第五个内含子剪切识别位点GT突变为CT，并使氨基酸翻译提前终止，从而导致FLC蛋白功能缺失。该单碱基突变在高海拔居群中发生了固定，导致高海拔种群提早开花，以适应青藏高原生长季非常短的特殊环境（图2）。该研究对植物如何适应海拔梯度的环境差异提供了新的线索，并为相关研究提供了借鉴。