科技日报记者 马爱平
记者4日从中国农业科学院获悉，该院农业基因组研究所研究员武志强团队通过分析近150份模式物种拟南芥的细胞器基因组变异，首次揭示植物细胞器基因组的动态演化模式，并发现通过调控核基因MSH1可显著加速线粒体基因组演化。这一发现为开发利用细胞器遗传资源、改良作物性状提供了新理论支撑。相关成果近日发表于《基因组生物学》。
在植物细胞中，线粒体和叶绿体作为“半自主”细胞器，其基因组与核基因组共同构成复杂的遗传网络。传统的物种内细胞器基因组研究，发现基因组中基因的进化速率缓慢，但其基因组结构快速变异。
“我们对精细校对后的细胞器基因组结构形态展开变异细致分析，发现线粒体基因组中重复片段驱动的重组发生速度极快，导致其结构变化与其他变异类型‘脱节’，甚至形成传统方法难以比对的复杂结构。我们还首次观察到罕见的大型重复序列扩张与融合事件，揭示了线粒体基因组‘高频重组—快速固定’的独特演化机制。”论文通讯作者武志强告诉科技日报记者。
研究团队通过精准调控核编码基因MSH1的功能，实现了对线粒体基因组演化的“定向操控”。实验表明，MSH1基因的突变与恢复可产生线粒体基因组的不同结构版本，而叶绿体基因组在此过程中受到的影响很小。“这一结论表明，细胞器DNA的自我修复机制可能在线粒体和叶绿体基因组演化中由不同的关键基因进行调控和作用。”武志强解释道，“MSH1基因如同一个‘开关’，通过影响线粒体基因组的重组频率，驱动其快速适应环境变化。”
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