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张大兵教授团队揭示植物新基因起源新机制
发表时间:2015-06-11 阅读次数:2902次

近日,国际知名植物学刊物Cell子刊《分子植物》(Molecular Plant)正式发表了上海交通大学植物发育生物学实验室张大兵团队的最新研究成果“Young Genes out of the Male: An Insight from Evolutionary Age Analysis of the Pollen Transcriptome”(Volume 8, Issue 6, 1 June 2015, Pages 935–945;http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205214000434)。该研究通过生物信息学等分析方法提出了植物中新基因起源于雄性生殖细胞,为植物新基因诞生这一重要事件提供了新的理论和证据。

长久以来,新基因的起源一直受到国内外学者广泛关注,有人认为新基因的产生主要是通过已有基因的随机复制、变异而生成,这一模型被称为Jacob修补匠模型(tinker model),然而这一模型最大挑战在于无法解释最早的基因从何而来;尤其近年来,随着基因组分析技术的发展,比较基因组学得到长足发展,在基因组中也发现了越来越多的“孤儿基因”(只存在于特定物种或某个进化分之中,而在其它物种或分支中找不到同源的基因)存在,目前越来越多的证据表明,大量的孤儿基因都是通过从头起源的(de novo origination),而且许多新基因倾向于在雄性生殖器官(如睾丸)中特意表达。2010年Kaessmann提出动物中“新基因在睾丸中起源”的假说。

大部分植物没有性染色体,且植物中广泛存在全基因组复制事件,植物基因组相对于动物来说更为特殊,植物中的新基因是如何起源的,一直是植物学家关注的问题。张大兵教授团队通过对植物转录组大数据进行深入挖掘,利用转录组年龄分析方法,发现植物雄性生殖细胞的转录组在进化意义上比其它组织的转录组更为年轻,这反映出植物雄性配子体可能存在普遍转录状态,这种状态是促进新基因出现的有利条件。研究揭示了高等动物和被子植物可能存在一个共同的进化模型:严格控制雌配子的遗传变异并放松雄配子的遗传变异,利用有性生殖过程中雄配子竞争来筛选提高适应性的遗传变异(包括新基因),从而为提高物种环境适应性以及对病原体的防御力提供原动力。该研究有助于解释有性生殖的进化意义。

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