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　　青藏高原是世界屋脊、世界第三極，擁有復(fù)雜的極端環(huán)境。同時(shí)青藏高原還是世界生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)，為研究生物在特殊環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)化提供了不可多得的天然實(shí)驗(yàn)室。近年來(lái)，生物適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境的基因組研究主要側(cè)重于藏族人對(duì)低氧的適應(yīng)，以及多種動(dòng)物（牦牛、藏豬、藏獒、藏雞、藏羚羊、地山雀、滇金絲猴、西藏倭蛙、溫泉蛇）對(duì)極端環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制，并取得了一系列重要的研究成果。然而到目前為止，除了人工馴化的青稞之外，還幾乎沒(méi)有全基因組水平的野生植物適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境分子機(jī)制的研究。 

　　中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所張?bào)w操副研究員聯(lián)合西藏大學(xué)、云南大學(xué)及國(guó)外多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)青藏高原特有分布的須彌芥（Crucihimalaya himalaica）進(jìn)行了基因組適應(yīng)性進(jìn)化研究。須彌芥原本歸在擬南芥屬，1999年Ihsan Al-Shehbaz教授將其從擬南芥屬中獨(dú)立出來(lái)。吳征鎰先生認(rèn)為須彌芥應(yīng)該是擬南芥屬在青藏高原特殊環(huán)境下能夠適應(yīng)高海拔極端環(huán)境的特化類群。因此，作為擬南芥的近緣物種，須彌芥有望成為極端環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化的新模式植物。在之前的研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)須彌芥的基因受到明顯的自然選擇作用（Qiao et al. 2016）。 

　　本研究利用二代和三代高通量測(cè)序技術(shù)，組裝得到了234.72Mb的須彌芥基因組，包括27019個(gè)預(yù)測(cè)的基因。利用4586個(gè)直系同源基因進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)須彌芥與薺菜最近緣，分化時(shí)間大約為8.8-12.2個(gè)百萬(wàn)年，而與擬南芥屬分化時(shí)間約為12.7-17.2個(gè)百萬(wàn)年。青藏高原在上新世晚期至更新世快速隆升之后，須彌芥的LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子發(fā)生了明顯的擴(kuò)張，可能與隆升后的環(huán)境適應(yīng)有關(guān)。通過(guò)與近緣物種相比較，須彌芥基因組中抗病相關(guān)的基因家族發(fā)生了明顯縮減，可能與青藏高原病原菌較少有關(guān)。另外，須彌芥中擴(kuò)張的基因家族和受到強(qiáng)烈自然選擇的基因都與泛素介導(dǎo)的蛋白水解和DNA損傷修復(fù)有關(guān)。這兩個(gè)途徑都是屬于綜合的抗逆過(guò)程，對(duì)于青藏高原復(fù)雜多變的特殊環(huán)境可能起到重要作用。須彌芥中與自交親和性相關(guān)的雄蕊識(shí)別SCR基因變成假基因，雌蕊識(shí)別SRK基因完全丟失，這是導(dǎo)致須彌芥自交親和的根本原因，也可能是適應(yīng)青藏高原傳粉昆蟲(chóng)少的一種策略。研究團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)植物與動(dòng)物對(duì)青藏高原的適應(yīng)機(jī)制既有相似點(diǎn)（DNA修復(fù)途徑、抗病途徑），也有不同點(diǎn)（植物自交親和性、植物激素途徑）?？傊?，該研究為青藏高原植物適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制提供了新的線索。 

　　目前該研究結(jié)果以“Genome of Crucihimalaya himalaica, a close relative of Arabidopsis, shows ecological adaptation to high altitude”為題，在美國(guó)科學(xué)院院刊（PNAS）在線發(fā)表，張?bào)w操副研究員為共同第一作者，黃錦嶺研究員為共同通訊作者。本項(xiàng)目同時(shí)得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)A項(xiàng)目及中國(guó)科學(xué)院西部之光國(guó)際訪問(wèn)學(xué)者計(jì)劃的資助。 

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圖1 須彌芥與近緣物種基因組比較和進(jìn)化分析 

圖2 須彌芥自交親和性的轉(zhuǎn)變，SCR基因喪失功能