我校生命科學學院鐘伯堅教授研究組聯合自然資源部第一海洋研究所等科研單位,對南極海冰生態系統特有的南極衣藻進行了基因組適應性進化研究,為理解南極植物適應極端環境的分子機制提供嶄新的思路。 該研究利用三代PacBio測序、二代Illumina測序、10× Genomics和高通量染色體構象捕獲技術(Hi-C)獲得了南極衣藻高質量的全基因組序列,其基因組總長度為541.86Mb(Scaffold N50達到19.23Mb)。南極衣藻基因組是目前已知最大的綠藻基因組,其基因數目也是綠藻基因組中最多的,共編碼19870個基因。基因組結構分析發現重復序列占其基因組序列的63.78%,重復序列含量為已發表綠藻基因組中最高。轉座元件(TE)是基因組重復序列的主要組成部分,占整個基因組序列的40.67%。分析表明南極衣藻的反轉錄轉座子發生了明顯的擴張,是造成其基因組增大的主要原因。 本研究估算了南極衣藻的分化時間大約為34個百萬年,與德雷克海峽開放導致南極極端低溫形成的時期一致,推測南極衣藻的起源與南極極端低溫的形成有關。研究發現南極衣藻通過水平基因轉移的方式獲得了冰結合蛋白,該蛋白可以與小的冰晶結合,具有抑制冰結晶和生長的功能。通過進一步的功能實驗證實了南極衣藻中的冰結合蛋白具有提高生物抗凍能力的作用。因此,推測冰結合蛋白的獲得對南極衣藻避免冰凍損傷和適應海冰中極端低溫的環境十分重要。
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