中新網(wǎng)北京1月16日電 (記者 孫自法)作為已知壽命最長的植物之一，百歲蘭(又名千歲蘭)個體壽命可長達3000年，且形態(tài)極為獨特：一生僅有兩片葉，持續(xù)生長不脫落。其遺傳分化的生物和非生物因子是什么？性別決定是何分子機制？這些議題學(xué)界長期關(guān)注并持續(xù)研究，社會大眾也頗感興趣。
來自中國科學(xué)院植物研究所的最新消息說，該所汪小全研究團隊通過深入研究，成功揭示出百歲蘭局域分布群體間基因組的分化式樣和機制，并確定其性別決定系統(tǒng)和性別連鎖區(qū)域。相關(guān)成果論文近日在國際學(xué)術(shù)期刊《細胞報告》(Cell Reports)上發(fā)表。
本項研究的百歲蘭采樣地點、生境、形態(tài)和群體遺傳結(jié)構(gòu)。中國科學(xué)院植物研究所 供圖論文通訊作者汪小全研究員表示，百歲蘭是裸子植物中買麻藤類百歲蘭科的唯一現(xiàn)存物種，被國際植物學(xué)會列為世界八大珍稀植物之一。本項研究成果對理解裸子植物局域群體遺傳分化和適應(yīng)，以及性別決定系統(tǒng)和性染色體進化等具有重要意義，也為這一珍稀植物的保護策略制定奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
百歲蘭僅分布于非洲西南部的納米布沙漠，其分布區(qū)沿大西洋海岸南北延伸超1000公里，形成多個片段化的分布區(qū)域。已有研究表明，其群體在這些區(qū)域間發(fā)生了顯著的遺傳分化。研究團隊通過野外實地考察發(fā)現(xiàn)，該物種地理距離很近的群體間也在生境、物候期等方面發(fā)生了顯著分化。
此外，百歲蘭是功能性雌雄異株植物，個體或產(chǎn)生具可育雄蕊和不育胚珠的兩性球花，或僅產(chǎn)生具可育胚珠的雌球花。這一性狀在買麻藤類中具有一定的代表性，卻明顯不同于大多數(shù)裸子植物的單性球花結(jié)構(gòu)。
論文第一作者、中國科學(xué)院植物研究所博士后孫靜靜介紹說，為探討百歲蘭的遺傳分化和性別決定機制，研究團隊利用已經(jīng)測序的百歲蘭基因組，對該物種分布于納米布沙漠南端地理距離很近的5個群體130個個體進行全基因組重測序，并開展群體基因組比較和環(huán)境因子等綜合分析。
研究顯示，基因組在這些群體間發(fā)生顯著分化，地理隔離是重要驅(qū)動力，其通過限制基因流直接導(dǎo)致譜系間的遺傳分化，環(huán)境因素(尤其是土壤異質(zhì)性)在群體分化中也具有重要作用。同時，百歲蘭以蟲媒傳粉為主、傳粉動物的飛行力弱，并靠水力協(xié)助擴散種子，這些特性也限制了群體間的基因交流，加強了群體間遺傳分化。
基因組變異檢測還發(fā)現(xiàn)，百歲蘭群體間的基因組分化景觀呈現(xiàn)高度異質(zhì)性，基因組島嶼廣泛分布于整個基因組，這主要歸因于祖先多態(tài)的差異分選和搭車效應(yīng)。
本項研究中百歲蘭的性別連鎖區(qū)域與性別決定系統(tǒng)。中國科學(xué)院植物研究所 供圖性別決定機制方面，通過對30株雄性和30株雌性百歲蘭個體的全基因組關(guān)聯(lián)分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)其性別決定系統(tǒng)為XY型，性別連鎖區(qū)域位于6號染色體的相關(guān)區(qū)域。不過，在該區(qū)域中并未發(fā)現(xiàn)已知在其他裸子植物(如蘇鐵、銀杏)性別決定中起關(guān)鍵作用的MADS-box基因家族成員。
研究團隊認(rèn)為，結(jié)合蘇鐵、銀杏等基部裸子植物類群同樣為XY型性別決定系統(tǒng)等證據(jù)，百歲蘭科的XY型性別決定系統(tǒng)這一發(fā)現(xiàn)，暗示著裸子植物的共同祖先可能是XY型性別決定系統(tǒng)。(完)