海洋所在石莼屬綠藻線粒體基因組進(jìn)化機(jī)理研究上取得新進(jìn)展
日前,中科院海洋所海洋生態(tài)環(huán)境基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)首次在石莼屬綠藻Ulva meridionalis中發(fā)現(xiàn)了一類新的線粒體環(huán)形質(zhì)粒DNA分子,這對(duì)認(rèn)識(shí)綠藻線粒體基因組多樣性的形成機(jī)制和進(jìn)化有重要的意義。相關(guān)研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊Frontiers in Plant Science發(fā)表。

Ulva meridionalis暴發(fā)性生長形成綠潮
石莼屬(Ulva)綠藻在富營養(yǎng)化的水域環(huán)境中可以暴發(fā)性增殖形成綠潮,在全球范圍內(nèi)綠潮已經(jīng)成為一種常態(tài)化的生態(tài)災(zāi)害。我國黃海從2007年至2022年連續(xù)16年出現(xiàn)滸苔(Ulva prolifera)綠潮,對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境都造成了嚴(yán)重的破壞性影響,此外,我國多個(gè)海域也接連出現(xiàn)不同規(guī)模的綠潮災(zāi)害,沖擊著地區(qū)旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,同時(shí),大量綠潮海藻的堆積腐敗也危害著人類的身體健康。
綠潮藻Ulva meridionalis主要分布在中國、日本、美國等沿海,是一種生長能力極強(qiáng)的綠藻,其營養(yǎng)生長能力甚至超過了黃海綠潮滸苔,近幾年,這種綠潮藻每年夏天在山東榮成近海內(nèi)灣中暴發(fā)性生長,形成了一定規(guī)模的綠潮災(zāi)害,破壞了城市景觀,影響了環(huán)境質(zhì)量。

石莼屬綠藻中發(fā)現(xiàn)的含有rpo基因的線粒體質(zhì)粒
與已發(fā)現(xiàn)的來自真菌、高等植物等真核生物類群的線粒體質(zhì)粒類型不同,新發(fā)現(xiàn)的線粒體環(huán)形質(zhì)粒攜帶有DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶基因rpo和其它未知功能的orf。在石莼屬線粒體基因組以及線粒體質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)的rpo家族在遺傳上具有高度的同源性和特異性,不同于在高等植物和真菌等類群中發(fā)現(xiàn)的rpo家族。新發(fā)現(xiàn)的含有rpo基因的線粒體質(zhì)粒不僅豐富了我們對(duì)真核生物線粒體質(zhì)粒多樣性的認(rèn)知,也提供了一把理解綠藻線粒體基因組進(jìn)化機(jī)理的鑰匙。

線粒體質(zhì)粒整合到線粒體基因組上的模式圖
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這類環(huán)形質(zhì)粒通過水平轉(zhuǎn)移可以頻繁的整合到石莼屬綠藻線粒體基因組的不同間隔區(qū)中,并快速的突變和退化,展現(xiàn)出與線粒體核心基因完全不同的進(jìn)化模式。這類質(zhì)粒的頻繁入侵和快速退化,以及內(nèi)含子的獲得或丟失,是石莼屬線粒體基因組多樣性產(chǎn)生最為重要的驅(qū)動(dòng)力。
海洋所劉峰研究員為該成果第一兼通訊作者,研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
相關(guān)成果及鏈接如下:
Liu, F., Wang, H., Song, W. (2022). Tandem integration of circular plasmid contributes significantly to the expanded mitochondrial genomes of the green-tide forming alga Ulva meridionalis (Ulvophyceae, Chlorophyta). Front. Plant Sci. 13: 937398.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.937398/full
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