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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。同時青藏高原還是世界生物多樣性熱點地區(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驗室。近年來，生物適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境的基因組研究主要側(cè)重于藏族人對低氧的適應(yīng)，以及多種動物（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）對極端環(huán)境的適應(yīng)機制，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)境分子機制的研究。 

　　中國科學(xué)院昆明植物研究所張體操副研究員聯(lián)合西藏大學(xué)、云南大學(xué)及國外多個實驗室，對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立出來。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序技術(shù)，組裝得到了234.72Mb的須彌芥基因組，包括27019個預(yù)測的基因。利用4586個直系同源基因進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)須彌芥與薺菜最近緣，分化時間大約為8.8-12.2個百萬年，而與擬南芥屬分化時間約為12.7-17.2個百萬年。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)生了明顯的擴張，可能與隆升后的環(huán)境適應(yīng)有關(guān)。通過與近緣物種相比較，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，須彌芥中擴張的基因家族和受到強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)。這兩個途徑都是屬于綜合的抗逆過程，對于青藏高原復(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)的雄蕊識別SCR基因變成假基因，雌蕊識別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)青藏高原傳粉昆蟲少的一種策略。研究團(tuán)隊的研究發(fā)現(xiàn)植物與動物對青藏高原的適應(yīng)機制既有相似點（DNA修復(fù)途徑、抗病途徑），也有不同點（植物自交親和性、植物激素途徑）。總之，該研究為青藏高原植物適應(yīng)極端環(huán)境的分子機制提供了新的線索。 

　　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，在美國科學(xué)院院刊（PNAS）在線發(fā)表，張體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。本項目同時得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院先導(dǎo)A項目及中國科學(xué)院西部之光國際訪問學(xué)者計劃的資助。 

　　文章鏈接 

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