獼猴桃經(jīng)歷了兩次同源四倍體事件，每個(gè)細(xì)胞中的染色體組和所有基因加倍。論文作者供圖

        中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，獼猴桃在進(jìn)化過程中發(fā)生過兩次同源四倍體事件，這讓獼猴桃的一些關(guān)鍵功能基因得以大幅擴(kuò)張拷貝數(shù)，其中就包括合成維生素C的基因。這或許揭示了“維C大王”背后的秘密。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在細(xì)胞出版社創(chuàng)建的綜合性學(xué)術(shù)期刊iScience上。

        “了解獼猴桃的基因家族和產(chǎn)生維生素C的通路，有助于人為調(diào)控它們的基因拷貝數(shù)，以培育出營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的獼猴桃。”領(lǐng)銜這項(xiàng)研究的華北理工大學(xué)教授王希胤告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

        該團(tuán)隊(duì)將獼猴桃的基因組與另外兩種植物——葡萄和咖啡進(jìn)行了比較。其中葡萄也是富含維生素C的水果，而咖啡顯然不是。“它們的基因組都比獼猴桃簡(jiǎn)單，我們可以用它們作為參考來理解獼猴桃。”王希胤說。

        通過比較基因組學(xué)分析，研究人員揭示了不同基因組及每個(gè)基因組之間的共線性基因。植物的共線性基因有助于揭示古代的植物多倍化，也就是全基因組加倍現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)，葡萄或咖啡中的一個(gè)染色體區(qū)域，通常在獼猴桃中會(huì)有四個(gè)對(duì)應(yīng)的區(qū)域，證明獼猴桃曾經(jīng)發(fā)生過兩輪全基因組加倍事件，進(jìn)一步研究確定兩個(gè)事件分別發(fā)生在5000萬(wàn)~5700萬(wàn)年前和1800萬(wàn)~2000萬(wàn)年前。

        植物基因組加倍后，會(huì)產(chǎn)生兩套重復(fù)基因組，常常發(fā)生基因丟失。在玉米等物種中，有一套基因組特別具有優(yōu)勢(shì)，另外一套則沒有。但獼猴桃的情況不同，這兩套重復(fù)的基因組無論是在基因丟失或保留還是在基因表達(dá)上沒有顯示出任何優(yōu)勢(shì)差異?？蒲腥藛T由此判斷獼猴桃的基因組加倍是屬于同源加倍，而不是像玉米一樣的異源加倍。

        據(jù)王希胤介紹，在完成測(cè)序的200多種植物中，只有獼猴桃發(fā)生了兩次連續(xù)的同源四倍體事件，而且進(jìn)化分析表明這兩個(gè)事件可能為所有獼猴桃科植物所共有。他說：“目前獼猴桃是人類已知一種發(fā)生兩次同源加倍事件的植物，因此它非常獨(dú)特。”

        “多一份拷貝，對(duì)基因調(diào)控路徑來說是一種加強(qiáng)。”王希胤表示。研究人員明確了獼猴桃每一次加倍事件后產(chǎn)生的基因拷貝數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)獼猴桃體內(nèi)合成維生素C的基因拷貝數(shù)在這兩次加倍事件中大幅增加。因此，他們推論獼猴桃的兩次同源四倍體事件，有助于其維生素C的超量合成。

        未參與這項(xiàng)研究的中科院植物研究所研究員焦遠(yuǎn)年表示，多倍化事件造成植物基因組發(fā)生加倍，而后又會(huì)重新整合，其過程非常復(fù)雜。因此，確定植物在古老時(shí)期發(fā)生的多倍化事件相當(dāng)困難。“此次研究從重建祖先基因組入手，證明了獼猴桃進(jìn)化史中發(fā)生的兩次多倍化是同源四倍體事件，而不是異源的，明確了獼猴桃的進(jìn)化過程，這是亮點(diǎn)。”他說。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.08.003