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同動(dòng)物的線粒體基因組相比，植物的線粒體基因組有著十分獨(dú)特的進(jìn)化方式，如具有較大的基因組、極低的分子進(jìn)化速率和相對(duì)較頻繁的基因組結(jié)構(gòu)上的變異等特性。目前，植物線粒體基因組大都通過傳統(tǒng)的Sanger法進(jìn)行測(cè)序，需要耗費(fèi)大量的人力和物力，嚴(yán)重限制了植物線粒體基因組的測(cè)序，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)其獨(dú)特進(jìn)化方式的研究進(jìn)展緩慢。第二代測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)為大規(guī)模測(cè)序基因組序列提供了可能，這些技術(shù)現(xiàn)已成功應(yīng)用于植物葉綠體基因組的測(cè)序，但是其在植物線粒體基因組測(cè)序上的應(yīng)用尚缺乏深入的研究。

最近，中國科學(xué)院昆明植物研究所博士生馬朋飛在李德銖研究員和郭振華研究員的指導(dǎo)下，利用第二代測(cè)序技術(shù)Illumina測(cè)定了6種竹子的葉綠體基因組全序列，并且發(fā)現(xiàn)Illumina測(cè)序序列中還包含了大量來自線粒體基因組的序列，這些序列是否可以通過拼接而獲得較完整的線粒體基因組序列，從而為測(cè)序植物線粒體基因組提供新的途徑？該研究選取了其中的裂籜鐵竹（Ferrocalamus rimosivaginus）進(jìn)行拼接，共得到432,839 bp的序列，分布于13個(gè)scaffolds和1個(gè)contig上，測(cè)序覆蓋度為39.5×。與已知的禾本科植物線粒體基因組相比，幾乎所有的線粒體編碼基因都在拼接序列中得到了注釋。此外，通過PCR利用傳統(tǒng)的Sanger測(cè)序法對(duì)所拼接序列進(jìn)行了大規(guī)模的驗(yàn)證，證實(shí)了拼接序列的可靠性和準(zhǔn)確性，利用第二代測(cè)序技術(shù)測(cè)序植物線粒體基因組將是一種行之有效的新方法。

此外，該研究還基于31個(gè)線粒體蛋白質(zhì)編碼基因構(gòu)建了21種被子植物的系統(tǒng)發(fā)育樹，并且系統(tǒng)關(guān)系得到了很高的支持。線粒體序列所構(gòu)建的系統(tǒng)關(guān)系同基于葉綠體序列所得到的系統(tǒng)關(guān)系幾乎一致，但是在禾本科BEP的單系問題上，兩者所支持的系統(tǒng)關(guān)系存在著嚴(yán)重沖突，進(jìn)一步的分析表明這一沖突可能是由線粒體系統(tǒng)樹中的長枝吸引所造成的?；谒鶚?gòu)建的系統(tǒng)樹，探討了禾本科線粒體基因組序列的進(jìn)化速率在進(jìn)化歷史中的變化，發(fā)現(xiàn)在禾本科分化之前其線粒體基因組序列有著相對(duì)較快的進(jìn)化速率，約為其分化之后進(jìn)化速率的4倍。這一分子進(jìn)化速率的變化同禾本科葉綠體基因組有著相似的進(jìn)化模式，對(duì)于這種現(xiàn)象的解釋還需要作進(jìn)一步的研究。

上述研究結(jié)果以“Rapid Sequencing of the Bamboo Mitochondrial Genome Using Illumina Technology and Parallel Episodic Evolution of Organelle Genomes in Grasses”為題目于2012年1月份發(fā)表于《公共圖書館－綜合（PLoS ONE）》上（http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0030297）。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31170204）、中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目（KSCX-YW-N-029和KSCX2-YW-N-067）和云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的支持。