彌猴桃經歷兩次同源四倍體事件，每個細胞中的染色體組和所有基因加倍。（論文作者供圖）
中國科學家發現，獼猴桃在進化過程中發生過兩次同源四倍體事件，這讓獼猴桃的一些關鍵功能基因得以大幅擴張拷貝數，其中就包括合成維生素C的基因。這或許揭示了“維C大王”背後的秘密。相關研究結果於9月20日發表在細胞出版社最新創建的綜合性學術期刊《iScience》上。
“瞭解獼猴桃的基因家族和產生維生素C的通路，有助於人為調控它們的基因拷貝數，以培育出營養價值更高的獼猴桃。”領銜這項研究的華北理工大學教授王希胤告訴《中國科學報》記者。
該團隊將獼猴桃的基因組與另外兩種植物——葡萄和咖啡進行了比較。其中葡萄也是富含維生素C的水果，而咖啡顯然不是。“它們的基因組都比獼猴桃簡單，我們可以用它們作為參考來理解獼猴桃。”王希胤說。
通過比較基因組學分析，研究人員揭示了不同基因組及每個基因組之間的共線性基因。植物的共線性基因有助於揭示古代的植物多倍化，也就是全基因組加倍現象。他們發現，在葡萄或咖啡中的一個染色體區域，通常在獼猴桃中會有四個對應的區域，證明獼猴桃曾經發生過兩輪全基因組加倍事件，進一步研究確定兩個事件分別發生在5000~5700萬年和1800~2000萬年前。
植物基因組加倍後，會產生兩套重複基因組，常常發生基因丟失。在玉米等物種中，有一套基因組特別具有優勢，另外一套則沒有。但獼猴桃的情況不同，這兩套重複的基因組無論是在基因丟失或保留還是在基因表達上沒有顯示出任何優勢差異。科研人員由此判斷獼猴桃的基因組加倍是屬於同源加倍，而不是像玉米一樣的異源加倍。
據王希胤介紹，在完成測序的200多種植物中，只有獼猴桃發生了兩次連續的同源四倍體事件，而且進化分析表明這兩個事件可能為所有彌猴桃科植物所共有。他說：“目前獼猴桃是人類已知唯一一種發生兩次同源加倍事件的植物，因此它非常獨特。”
“多一份拷貝，對基因調控路徑來說是一種加強。”王希胤表示。研究人員明確了獼猴桃每一次加倍事件後產生的基因拷貝數變化，發現獼猴桃體內合成維生素C的基因拷貝數在這兩次加倍事件中大幅增加。因此，他們推論獼猴桃的兩次同源四倍體事件，有助於其維生素C的超量合成。
未參與這項研究的中科院植物研究所研究員焦遠年表示，多倍化事件造成植物基因組發生加倍，而後又會重新整合，其過程非常複雜。因此，確定植物在古老時期發生的多倍化事件相當困難。“此次研究從重建祖先基因組入手，證明了獼猴桃進化史中發生的兩次多倍化是同源四倍體事件，而不是異源的，明確了獼猴桃的進化過程，這是最大亮點。”他說。
來源/科學網
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