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記者4日從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員武志強團隊通過分析近150份模式物種擬南芥的細胞器基因組變異，首次揭示植物細胞器基因組的動態(tài)演化模式，并發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控核基因MSH1可顯著加速線粒體基因組演化。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)利用細胞器遺傳資源、改良作物性狀提供了新理論支撐。相關(guān)成果近日發(fā)表于《基因組生物學(xué)》。

在植物細胞中，線粒體和葉綠體作為“半自主”細胞器，其基因組與核基因組共同構(gòu)成復(fù)雜的遺傳網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的物種內(nèi)細胞器基因組研究，發(fā)現(xiàn)基因組中基因的進化速率緩慢，但其基因組結(jié)構(gòu)快速變異。

“我們對精細校對后的細胞器基因組結(jié)構(gòu)形態(tài)展開變異細致分析，發(fā)現(xiàn)線粒體基因組中重復(fù)片段驅(qū)動的重組發(fā)生速度極快，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變化與其他變異類型‘脫節(jié)’，甚至形成傳統(tǒng)方法難以比對的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。我們還首次觀察到罕見的大型重復(fù)序列擴張與融合事件，揭示了線粒體基因組‘高頻重組—快速固定’的獨特演化機制。”論文通訊作者武志強告訴科技日報記者。

研究團隊通過精準調(diào)控核編碼基因MSH1的功能，實現(xiàn)了對線粒體基因組演化的“定向操控”。實驗表明，MSH1基因的突變與恢復(fù)可產(chǎn)生線粒體基因組的不同結(jié)構(gòu)版本，而葉綠體基因組在此過程中受到的影響很小。“這一結(jié)論表明，細胞器DNA的自我修復(fù)機制可能在線粒體和葉綠體基因組演化中由不同的關(guān)鍵基因進行調(diào)控和作用。”武志強解釋道，“MSH1基因如同一個‘開關(guān)’，通過影響線粒體基因組的重組頻率，驅(qū)動其快速適應(yīng)環(huán)境變化。”