科技日报记者 赵汉斌
记者5日从中国科学院昆明植物研究所获悉，该所研究人员近期与合作者在裸子植物核型演化领域取得重要突破。研究人员通过比较基因组分析，重建了裸子植物核型演化历史，并揭示了松柏类核型演化的关键模式，这对人们理解裸子植物的物种多样性演化与保护提供了新的视角。国际期刊《尖端科学》发表了相关研究成果。
植物的核型，是指一个细胞中全部染色体的形态特征和数目的总和。裸子植物的核型有相当高一致性，但这种一致性是如何形成和维持的，一直是未解之谜。研究人员针对16种裸子植物展开深入的染色体水平基因组共线性分析，发现松科、柏科、红豆杉科、银杏和苏铁等物种的基因组间存在高度一致的共线性，表明这些物种在演化过程中未经历谱系特有的古多倍化事件，并排除了古多倍化对裸子植物主要分支核型的影响。
进一步的分析显示，松柏类基因组间发生了频繁的非同源染色体相互易位，特别是着丝粒–着丝粒相互易位。此外，柏目基因组中还发现了端粒–着丝粒相互易位。研究确认，前者是松柏类核型演化的最主要模式，而后者在柏目植物的递减异倍化中发挥了关键作用。
研究团队利用图论方法简化了着丝粒–着丝粒相互易位的发生路径，并重建了裸子植物从共同祖先核型到现代核型的详细演化路径。结果显示，在松科中，多次共有着丝粒–着丝粒相互易位和特有因素，导致了染色体的重新组合；在柏目中，几乎所有的染色体都相对于共同祖先核型发生了重新组合。
研究人员还探讨了两种易位可能的发生机制及潜在影响。他们认为，松柏类中普遍存在的拉布尔构型和着丝粒区域的重复序列，可能促进了着丝粒–着丝粒相互易位的发生；而端粒–着丝粒相互易位，可能偶然发生于减数分裂时期；端粒花束结构的形成，则可能促进了端粒–着丝粒的互作和易位。这一成果，不仅加深了人们对裸子植物核型演化的认识，也为植物染色体演化研究提供了重要参考。
