石莼屬（Ulva）海藻是一類(lèi)具有重要生態(tài)功能和開(kāi)發(fā)潛力的經(jīng)濟(jì)海藻，同時(shí)也是一類(lèi)可以暴發(fā)性生長(zhǎng)導(dǎo)致綠潮災(zāi)害的大型綠藻，在全球范圍內(nèi)廣泛分布。中科院海洋所海洋生態(tài)環(huán)境基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞石莼屬綠藻葉綠體基因組進(jìn)化機(jī)理開(kāi)展研究，取得重要進(jìn)展。 

　　通過(guò)對(duì)石莼綱葉綠體基因組的比較研究，發(fā)現(xiàn)石莼屬葉綠體基因組在進(jìn)化過(guò)程中通過(guò)在基因組層面作用于GC含量的強(qiáng)選擇方式，極大地降低了基因組的GC含量。石莼屬葉綠體基因組GC含量只有23.89-26.25%，其含量水平是在目前已知藻類(lèi)中最低。這種極端方式的建立很可能賦予了石莼屬綠藻重要的優(yōu)勢(shì)，這有助于節(jié)省葉綠體的能量、減少對(duì)氮的需求，優(yōu)化物質(zhì)和能量分配，更有助于石莼屬綠藻的生長(zhǎng)和生物量的積累。 

　　研究發(fā)現(xiàn)石莼屬葉綠體基因組含有數(shù)量多且類(lèi)型多樣的內(nèi)含子，包括不同的I型和II型內(nèi)含子家族，涉及到不同的核酸酶和反轉(zhuǎn)錄酶類(lèi)型（內(nèi)含子編碼蛋白）；內(nèi)含子主要分布在GC含量較高的葉綠體蛋白編碼基因中，這種分布模式有別于其它的綠藻支系；同時(shí)I型和II型內(nèi)含子存在頻繁的歸巢和退化現(xiàn)象，并且內(nèi)含子由異質(zhì)性向同質(zhì)性轉(zhuǎn)變，推測(cè)在推動(dòng)葉綠體基因組進(jìn)化過(guò)程中發(fā)揮作用。 

　　同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)新的葉綠體特異開(kāi)放閱讀框（ORF），廣泛存在于不同石莼屬物種的葉綠體基因組中，這類(lèi)特異ORF與葉綠體基因展現(xiàn)出不同的進(jìn)化路徑，無(wú)法反映石莼屬的系統(tǒng)演化關(guān)系，但攜帶這類(lèi)ORF的外源片段頻繁地入侵到葉綠體基因組中，并且與基因組重排展現(xiàn)出緊密的關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋葉綠體基因組的多樣性和基因組重排的驅(qū)動(dòng)機(jī)制；同時(shí)發(fā)現(xiàn)石莼屬葉綠體基因組丟失反向重復(fù)區(qū)（IR）后，出現(xiàn)了基因簇的分區(qū)模式變化，基因簇重排的范圍顯著擴(kuò)張。上述研究發(fā)現(xiàn)提升了我們對(duì)綠藻葉綠體基因組進(jìn)化特點(diǎn)和趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于深入理解綠潮藻葉綠體基因組的進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力和物種形成機(jī)制具有重要意義。 

　　相關(guān)研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Frontiers in Plant Science發(fā)表，上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、科技部科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專(zhuān)項(xiàng)等資助，劉峰研究員為該成果第一兼通訊作者，參與完成該成果的合作者還有中科院海洋所的陳楠生研究員、碩士研究生王洪淑和李嘉敏、助理研究員王靜和曲凡。 

　　相關(guān)成果及鏈接如下： 

　　Liu F, Chen N, Wang H, Li J, Wang J, Qu F (2023) Novel insights into chloroplast genome evolution in the green macroalgal genus Ulva (Ulvophyceae, Chlorophyta). Front. Plant Sci. 14:1126175. 

　　https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1126175/full 

圖1 石莼屬葉綠體基因組表現(xiàn)為低GC含量和結(jié)構(gòu)更為緊湊 

圖2 石莼屬葉綠體內(nèi)含子的GC特征和屬內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系 

圖3 石莼屬綠潮藻葉綠體基因組基因順序比較 

來(lái)源：海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室