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我院在植物功能基因的起源和进化方面取得重要进展

  近日,国际著名植物学期刊《New Phytologist》(5-Year Impact Factor=7.289)在线发表我院有关植物类转醛醇酶基因(transaldolase-like protein geneTAL)起源、进化和功能鉴定的研究论文“Ancient horizontal transfer of transaldolase-like protein gene and its role in plant vascular development”(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.13183/full)。论文由我院青年教师杨泽峰副教授为第一作者、周勇副教授为共同第一作者,徐辰武教授和梁国华研究员为通讯作者。

  维管植物(vascular plant)是具有维管组织的植物,其起源和进化对整个陆地生态系统的建立具有重要意义,就现今的生物圈而言,维管植物占总生物量的97。然而,有关维管组织起源和进化的分子机制目前尚不明确。该研究基于生物信息学方法发现陆生植物(Land plantsEmbryophyta)的TAL基因在其祖先物种绿藻及其他真核生物中均不具有同源基因,但在目前已经测序的陆生植物中普遍存在。进一步的研究发现陆生植物的TAL基因是经一次水平基因转移(Horizontal gene transferHGT)事件起源于细菌,供体为放线菌(Actinobacteria)。自细菌转移至陆生植物的祖先物种之后,该基因经历了明显的正选择作用,并进一步获得了一些内含子。本文还以水稻为例对该基因进行了功能鉴定:GUS染色分析表明水稻的TAL基因主要在维管组织中表达;RNA干涉转基因植株表现株高降低,叶片卷曲等表型,茎秆和叶片中的维管束数目减少、形态变小。这表明该基因在植物维管束发育中具有重要作用,并且可能与植物适应陆地生态环境有关。研究结果对理解维管束植物起源和进化的分子机制具有重要理论价值。

    该研究得到了作物学江苏省优势学科的资助。自2011年以来,我院依托作物学江苏省优势学科,启动了“优秀青年骨干教师培养计划”。该计划自实施以来,我院青年教师已在《Plant Physiology》、《New Phytologist》等国际著名刊物发表SCI论文多篇,显著提升了我院青年教师的研究水平。此外,该研究还获得了国家“973”计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省高校自然科学基金等项目的资助。

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