廣東
在全球氣候變暖和干旱化加劇的背景下，理解植物如何適應極端生境已成為生物多樣性與進化生物學研究的重要前沿問題。肉質化是植物應對干旱的關鍵創新性狀之一，在不同植物類群中多次獨立出現，但對于肉質化形成的遺傳基礎及環境驅動機制，長期以來仍缺乏系統認識。葡萄科葡萄甕屬（Cyphostemma）約有200種，廣泛分布于撒哈拉以南非洲及馬達加斯加地區，生境涵蓋熱帶雨林、稀樹草原、石灰巖山地乃至沙漠等環境。該屬同時包含非肉質和高度肉質化的物種，且肉質化程度與生境干旱化水平密切相關，為研究植物耐旱適應性與肉質化演化提供了理想模型。
基于全球范圍內的廣泛采樣，中國科學院植物研究所植物大數據與生物多樣性保護研究團隊整合基因組學、生態學和形態學等多維證據，解析了葡萄甕屬植物適應干旱環境的遺傳基礎與生態機制。研究團隊首先構建了葡萄甕屬的高分辨率系統發生框架，并重建了其生物地理歷史。結果顯示，葡萄甕屬四大主要支系在始新世完成快速分化，隨著漸新世全球氣候變冷、干旱程度加劇，肉質化耐旱類群在不同支系中集中出現。
在此基礎上，研究人員分別選取了生活在濕潤與極端干旱生境的兩種葡萄甕屬代表植物，分布于亞洲雨林的攀援藤本植物德宏葡萄甕（C. dehongense）和生長于非洲納米布沙漠的肉質灌木柯氏葡萄甕（C. currorii），完成了高質量染色體水平基因組組裝和比較分析。研究發現，長末端重復逆轉錄轉座子（long terminal repeat retrotransposons，LTR-RT）在葡萄甕屬輻射演化過程中發生了顯著擴增。其中，部分具有內含子插入偏好的LTR-RT譜系（以Ale家族為主）顯著促進了內含子擴張，使葡萄科尤其是葡萄甕屬物種中超長內含子的比例顯著高于其他超薔薇類植物。
進一步分析表明，富集于內含子的LTR-RT元件具有較高的更新速率，能夠持續為基因組提供新的遺傳變異，并可能通過影響DNA修復和細胞周期調控相關基因的功能，促進肉質化性狀的形成。值得注意的是，這些內含子偏好型LTR-RT譜系的快速分化與葡萄甕屬進入干旱生境并發生適應性進化的時間高度吻合，提示其可能與創新性狀的形成密切相關。結合環境因子和基因組大小數據，研究人員進一步發現，基因間區的LTR-RT擴增推動了肉質化葡萄甕屬物種基因組的整體擴張，這與干旱和季節性生境顯著相關。
本研究從宏觀進化與基因組動態相結合的視角，揭示了葡萄甕屬演化過程中基因組LTR-RT活動與環境變化之間的協同作用。其中，LTR-RT元件的隨機活動可能通過增強基因組可進化性（evolvability），為肉質化等關鍵創新性狀的演化提供遺傳基礎。該研究深化了我們對植物干旱適應機制的認識，并為理解全球氣候變化背景下植物的適應性演化提供了新見解。
相關研究成果于6月8日在線發表于國際學術期刊Nature Communications。植物所博士研究生虞近人為論文第一作者，魯麗敏研究員為通訊作者。植物所陳之端研究員、董陽研究員、李朝斌研究員、特別研究助理程劼、Romer Narindra Rabarijaona博士，英國皇家植物園邱園Ilia J. Leitch教授、Alexandre Antonelli教授，澳大利亞悉尼皇家植物園Russell Barrett教授，塔那那利佛大學Rindra Manasoa Ranaivoson博士參與了該項工作。本研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院國際人才計劃等項目資助。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-74005-z
研究使用的葡萄甕屬代表物種。左為德宏隆花藤（C. dehongense），右為柯氏葡萄甕（C. currorii）。圖片版權：魯麗敏、Patemoshela Kashikola
葡萄甕屬物種基因組大小演化模式及基因組重復序列組成
柯氏葡萄甕中，LTR-RT元件插入內含子導致的基因表達和功能變化
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
