水平基因轉移對陸生植物起源與進化的作用研究

《水平基因轉移對陸生植物起源與進化的作用研究》是依託揚州大學，由楊澤峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水平基因轉移對陸生植物起源與進化的作用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊澤峰
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

陸生植物起源於水生的綠藻，為適應陸地的生存環境，必須通過基因組革新獲取新的性狀、功能和代謝途徑。已有報導表明水平基因轉移（HGT）能快速地從遠緣物種獲取新的遺傳材料，從而產生新的性狀和功能。然而除與真菌之間的HGT現象外，目前還沒有在基因組水平上對陸生植物經HGT方式起源基因的全面分析，尤其缺少原核生物水平轉移至陸生植物中基因的系統報導。本研究將在前期工作基礎上，利用已測序的陸生植物基因組序列，通過分析同源基因在物種間的分布、序列特徵和系統進化關係，首先在基因組水平上鑑定出陸生植物起源及演化過程中經HGT方式起源的基因，系統闡述HGT對陸生植物起源與進化的作用；其次通過對經HGT方式起源基因的適應性進化分析，揭示這些基因在陸生植物基因組中穩定遺傳下來的分子機制。預期研究結果將為揭示陸生植物起源的基因組基礎和適應性進化的分子機制提供重要的理論依據，並可能為研究新的轉基因方法提供思路。

結題摘要

水平基因轉移是指從具有生殖隔離的遠緣物種獲得遺傳信息，從而幫助受體基因組獲得新的性狀和功能。儘管已知水平基因轉移在生物起源和進化中發揮著重要作用，但對植物尤其是陸生植物中水平轉移方式起源基因的報導相對較少，缺少水平基因轉移對陸生植物起源和適應性進化作用的全面評價。 本研究首先在基因組水平上對陸生植物起源和進化中通過水平轉移方式起源的基因進行了系統的鑑定。基於生物信息學方法發現陸生植物基因組中至少有31個基因（家族）是通過水平轉移方式起源的。這些基因的供體絕大部分的供體來自於細菌，少部分為真菌，此外還各有1個基因來自於古細菌和病毒。這些基因的功能與陸生植物特有的生理特性或性狀有關：包括與維管束的發育，植物激素、谷氨酸鹽和脂肪酸的生物合成，糖和糖基的轉運等，表明水平基因轉移對植物由水生到陸生的進化具有至關重要的作用。 其次，對TAL、AEE等多個水平轉移起源的多個基因進行了系統的進化分析，並利用分子生物學方法鑑定了這些基因的功能。（1）研究發現陸生植物普遍具有的TAL基因是經一次水平基因轉移事件起源於細菌，供體為放線菌。自細菌轉移至陸生植物的祖先物種之後，該基因經歷了明顯的正選擇作用，並進一步獲得了一些內含子。水稻TAL基因轉基因實驗表明該基因在植物維管束髮育中具有重要作用，並且可能與植物適應陸地生態環境有關。（2）AEE基因在細菌中參與肽聚糖的新陳代謝，儘管陸生植物中沒有肽聚糖，但普遍具有AEE基因。研究發現陸生植物的AEE基因是通過一次水平基因轉移獲得於細菌，並且在植物中進化的最初階段經歷了適應性進化，可能幫助該基因產生了新的功能。（3）系統闡述了Hsf、BAM和可溶性澱粉合成酶等基因家族的進化規律，分析了基因重複和適應性進化在這些基因家族進化中的作用。 本項目的研究結果為闡釋陸生植物起源和適應性進化的分子基礎提供了重要的理論依據；並可能為植物轉基因新方法的建立提供新的思路。 項目在New Phytologist、BMC Plant Biology等刊物發表論文11篇，其中SCI論文9篇，申請發明專利1項；項目負責人獲得江蘇省傑出青年基金和校高端人才支持計畫；培養研究生4名。