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　　植物寄生習(xí)性的出現(xiàn)并非一蹴而就的，自養(yǎng)植物演化而來的寄生植物，從起初僅從寄主獲取一些水分和礦物營養(yǎng)作為補(bǔ)充的兼性半寄生植物，成為必須依賴寄主才能完成生活史的專性寄生植物，再逐漸演化到完全丟失光合作用能力的全寄生植物。被子植物中已知有12或13次獨立起源的寄生植物支系，其中大部分支系中半寄生物種已經(jīng)滅絕，只剩下全寄生物種。列當(dāng)科（Orobanchaceae，Lamiales）是目前已知的唯一一個包含了自養(yǎng)、兼性半寄生、專性半寄生和全寄生，所有寄生類型的寄生植物支系。因此，列當(dāng)科是研究植物寄生習(xí)性演化過程的理想類群（圖1）。 

　　近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)攻關(guān)團(tuán)隊對列當(dāng)科的自養(yǎng)植物綠春鐘萼草（Lindenbergia luchunensis）和兩種重要的列當(dāng)科寄生雜草，全寄生植物向日葵列當(dāng)（Orobanche cumana）和埃及列當(dāng)（Phelipanche aegyptiaca），進(jìn)行了全基因組測序，并與已發(fā)表的兼性半寄生植物松蒿（Phtheirospermum japonicum）和馬先蒿（Pedicularis cranolopha），以及專性半寄生植物獨腳金（Striga asiatica）進(jìn)行了比較基因組學(xué)分析，揭示了列當(dāng)科寄生植物基因組的演化過程。 

　　研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與已知的寄生植物菟絲子演化過程不同，列當(dāng)科的寄生植物隨著寄生習(xí)性的加深，基因組大小和基因數(shù)量并沒有發(fā)生劇烈的收縮；相反，與自養(yǎng)的鐘萼草相比，半寄生和全寄生的列當(dāng)科植物基因組都更大，基因數(shù)量更多。 

　　吸器是寄生植物特有的器官，幫助寄生植物與寄主建立物理連接，從而進(jìn)行寄生生活。通過吸器轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員鑒定了各寄生植物基因組中與吸器相關(guān)的基因，并發(fā)現(xiàn)這些吸器相關(guān)基因也發(fā)生了劇烈的擴(kuò)張。歷史上有兩次重要的擴(kuò)張，一是由約7348萬年前的古加倍事件（β^L事件）造成的，此時寄生習(xí)性尚未出現(xiàn)；二是較近期各寄生植物分化后獨立出現(xiàn)的基因加倍。通過與中性進(jìn)化模型進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，雖然β^L事件比寄生習(xí)性早出現(xiàn)了約3500萬年，但對吸器起源起到了重要作用（圖2）。 

　　基因家族進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，這些寄生植物中基因家族的收縮和擴(kuò)張同樣劇烈。自養(yǎng)植物保守的基因家族中，列當(dāng)科寄生植物隨著寄生習(xí)性的加深，基因丟失越來越嚴(yán)重：從兼性半寄生丟失約2-3%，到專性半寄生丟失約6-7%，再到全寄生丟失約13-15%。列當(dāng)科丟失的基因與完全不同起源的菟絲子丟失的基因有超過一半是相同的，大部分與光合作用和葉綠體功能有關(guān)；不同的基因丟失主要與莖寄生和根寄生這兩種不同寄生形態(tài)有關(guān)，列當(dāng)科丟失了更多與光合作用以及光信號相關(guān)的基因，而菟絲子丟失更多根器官功能相關(guān)基因（圖3）。 

　　該研究關(guān)于列當(dāng)科寄生植物的基因組演化的發(fā)現(xiàn)，支持了寄生習(xí)性三段式的演化過程，即首先獲得吸器，與寄主建立物理連接；逐漸依賴寄主，開始丟失不必要的功能基因；最終再獲得新基因使其更加生理上特化和提高對寄主的依賴性。 

　　該研究以Comparative genomics of orobanchaceous species with different parasitic lifestyles reveals the origin and stepwise evolution of plant parasitism為題，發(fā)表在Molecular Plant上，中國科學(xué)院昆明植物研究所博士后許宇星博士為論文第一作者，吳建強(qiáng)研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)培育項目、中科院西部之光項目、中科院特別研究助理項目和云南省博士后基金的資助。 

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