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武漢植物園在風毛菊屬植物適應高海拔環境研究中取得進展

  生物如何適應極端環境是進化生物學關注的核心問題之一。相比低海拔地區,高海拔地區常常具有低溫、低氧、土壤貧瘠和紫外線輻射強等極端環境。青藏高原是世界上面積最大,平均海拔最高的高原,是研究植物對高海拔環境適應與進化的天然實驗室。青藏高原地區孕育著極為豐富的植物多樣性,包含許多極具特色的高山植物類群,其中風毛菊屬是該地區高山植物代表性類群之一。風毛菊屬隸屬菊科,擁有超過400個物種,廣泛分布于北半球地區,以青藏高原為多樣性中心。風毛菊屬物種生境復雜多樣,從干冷的高山草甸、高山流石灘到鹽堿地、草原和森林都有分布,最高可達到海拔5000米以上,是研究植物適應性進化的良好系統。 

  中國科學院武漢植物園系統與進化團隊利用轉錄組測序技術,對三個高海拔地區的兩個低海拔地區分布的風毛菊物種開展比較基因組學研究。基于基因組數據的分子鐘推測風毛菊屬在晚中新世發生分化,正是青藏高原地質活動比較強烈的時期。對高海拔物種特有基因家族的分析表明,參與氧化還原酶活性、果膠分解代謝過程、脂質轉運和多糖代謝過程顯著富集。這些過程可能與植物適應高海拔極低的溫度有關。進一步通過選擇壓力分析鑒定了高海拔物種中受正選擇的基因。功能富集表明,這些基因參與了DNA修復、膜運輸、對UV-B和缺氧的反應、生殖過程以及與營養攝入相關的一些代謝過程,與風毛菊物種適應高海拔低溫、低氧、紫外線輻射和土壤貧瘠等極端環境相關。該研究為高山植物提供了參考水平的基因組資源,同時也為進一步深入理解植物適應極端生境提供了基礎。 

  研究論文以Transcriptomes of Saussurea (Asteraceae) provide insights into high-altitude adaptation為題發表在國際期刊Plants。系統與進化學科組博士研究生張旭為論文第一作者,由王恒昌研究員指導完成。 

  論文鏈接:https://doi.org/10.3390/plants10081715   

圖1:風毛菊屬植物適應高海拔環境研究 

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