为什么你的圣诞树这么大? 额外基因的古老礼物

迈克尔巴克永远不会再以同样的方式看待圣诞树。 通过彻底分析云杉,松树,冷杉及其亲属的基因组,他发现这些树在其深层历史中经历了基因组打嗝。 结果:他们曾经拥有完整的第二组基因,图森的亚利桑那大学的基因组学家及其同事今天报道。 这种全基因组重复可能有助于将这些物种塑造成世界上最高,最坚硬的植物,并使生物学家重写裸子植物的历史,这些植物群包括针叶树和其他非开花的种子生产植物。

“这真是令人兴奋的工作,”盖恩斯维尔佛罗里达大学的植物学家Douglas Soltis说。 “人们早就知道[基因组重复]在开花植物和蕨类植物中很重要,”他说。 “这项工作表明基因组倍增在针叶树中也发挥了重要作用。”

随着越来越多的植物和动物基因组被破译和比较,研究人员越来越认识到各个群体的远古祖先经历了基因组重复。 但是,当2013年出现了挪威云杉基因组的第一次传递,一种常见的圣诞树,瑞典于默奥大学的遗传学家Stefan Jansson及其同事得出结论,尽管一些基因已被复制到基因组的其他地方,基因组本身没有重复。

巴克不太确定。 许多其他植物经历了这样的重复,“没有任何意义,[裸子植物]没有任何东西,”他说。 因此,他和他的同事对24种裸子植物和其他3种植物的基因进行了测序,这些基因只占总DNA的一小部分。 他们还开发了一个复杂的计算机程序,通过分析这些植物物种内部和之间的基因之间的相似性,可以找出可能的基因组重复。

他们 ,他们在Science Advances上在线报告。 一个发生在云杉,松树和冷杉树的基部。 箱灌木,桧木和雪松(另一组针叶树)的祖先的基因组也经历了翻倍。 但他们指出,在针叶树的第三个分支中没有发生重复,其中包括猴子拼图树。 巴克说,随着更多的树木基因组被破译,其他轮次的复制可能会变得明显。 但很清楚的是“基因组在裸子植物和[开花植物]中进化的机制并没有像以前描述的那样不同。”

越来越多的证据表明,基因组的额外拷贝为新特性和新物种的进化提供了素材。 重复的基因为一个拷贝提供了自由,可以在不影响生物体存活的情况下改变它的作用。 其中一些变化可能是红木高度或黄松的长寿的基础。

宾夕法尼亚州立大学大学公园的植物基因组学家Claude dePamphilis对新的分析表示满意。 他的研究表明种子植物中存在全基因组重复,这是裸子植物和开花植物的共同祖先,他很失望没有人发现云杉基因组中的双倍残留物。 “这项工作有助于解决文献中明显的争议,”他说。

“我认为它们可能是正确的,”Jansson补充道。针叶树极其庞大的基因组使得它们的测序非常具有挑战性,而且从目前为止获得的片段来看,很难将染色体排成一行以寻找这些重复。“这个组只是生成了他说,这是一个比我们更好的回答这个问题的数据集。

接下来,Jansson希望研究人员能够仔细研究在复制事件后很长一段时间内存活的不同基因,因为它们可能在植物进化中发挥了重要作用。 雅典佐治亚大学的植物遗传学家James Leebens-Mack对此表示赞同:“我们现在需要确定某些类型的基因是否倾向于保留一式两份,并研究这些基因的功能进化是如何促成重大创新的,例如种子的起源。“