近日，由深圳市仙湖植物园和华大生命科学研究院牵头完成的秋海棠属植物基因组取得重要研究成果，成功破解了秋海棠属多样性形成及适应性进化机制。秋海棠属植物种类超过2000种，是目前世界上已知物种多样性最为丰富的植物类群之一，因此备受全球科学家关注。深圳市仙湖植物园目前收集保育400余种秋海棠属植物种质资源，是国内该属植物种质资源收集最多的单位之一。

秋海棠属植物叶型与叶斑的多样性

据中国野生植物保护协会秋海棠专业委员会副主任、该园植物研究中心李凌飞博士介绍，由该园张寿洲研究员和华大生命科学研究院刘欢研究员领衔的研究团队，通过与中国科学院西双版纳热带植物园、中国科学院植物研究所、英国爱丁堡皇家植物园、新加波植物园等国内外科研院校合作，完成了桑寄生状秋海棠、铁十字秋海棠、黑武士秋海棠和盾叶秋海棠的全基因组组装和74个全球代表性种类的浅层基因组测序。

基因组组装完成后，需要通过评估来衡量基因组组装的完整度。一般超过80%以上就可认为组装质量较好。“我们的秋海棠组装质量非常好，最低达到91%以上。高质量的基因组组装为秋海棠属植物功能基因组学研究以及分子育种培育新优品种提供重要的参考。”李凌飞说。

78种测序秋海棠属植物系统发育树

全基因组加倍事件是指在物种受到外界环境胁迫后，染色体会发生加倍事件，简单说就是染色体倍性增加，比较常见是从原先的二倍体变成四倍体或六倍体。

该团队在研究中发现，大约在3500万年前，秋海棠属植物经历的一次特有的全基因组加倍事件，正处于全球气温快速降温的关键时期，这可能为秋海棠属植物祖先适应新的生存环境和形成多样化提供了非常重要的条件。因此，全基因组加倍事件，对秋海棠属植物多样性演化和耐阴适应性具有重要贡献。

此外，研究发现杂交与基因渐渗对秋海棠属植物多样化形成同样具有相当贡献度，尤其在美洲分布的类群，祖先可能发生了多次杂交事件。“该成果为揭示秋海棠属植物多样性形成及适应性进化提供了新的见解，并为秋海棠属植物后基因组学研究提供了重要的参考。”李凌飞说。

五彩斑斓的秋海棠

李凌飞认为，全基因组加倍事件发生后，很多与光合作用及能量代谢相关的基因得以保留与富集，并且发现与红光、蓝光及紫外光接收有关的受体基因均保留了多个拷贝，且部分已经发生了的功能分化，对秋海棠属植物适应阴生环境、提高光合利用率具有重要意义。“植物在光线不足的环境下往往表现出徒长现象。在农作物种植过程中，需要通过合理密植来规避光线不足对产量的影响。我们研究鉴定得到的光受体及捕获相关的基因资源，为今后作物产量的提高，提供了新的育种思路。”李凌飞说。

据悉，该研究还发现，转座子在秋海棠属植物基因组中占有很大比例，且种间特异性较高，不同种之间活跃的转座子类型与数量均存在明显的差异。

转座子在功能基因启动子及内含子等不同位置插入的模式及数量在不同物种间存在明显的差异，且偏向插入到一些与胁迫反应相关的基因，从而揭示了转座子与秋海棠物种的形成及适应性关系十分密切。

该研究结果近日以仙湖植物园植物研究中心李凌飞博士、董珊珊博士和华大生命科学研究院陈晓丽博士、方东明副研究员、郭兴博士等为论文共同第一作者，在植物学领域国际权威刊物《新植物学家》发表。此项研究获得了国家重点研发计划项目、深圳市城管局科研项目等支持。