豆科植物Leucaena的系统转录组学与基因组大小演化：古老的四倍体基因组稳定性掩盖了二倍体化过程及环境影响

《American Journal of Botany》：Phylotranscriptomics and genome size evolution in Leucaena (Fabaceae): Paleotetraploid genomic stability overshadows diploidization and environmental effects

Leucaena属基因组研究表明，古四倍体物种主要通过cladogenetic途径分化，而八倍体物种起源于杂交。环境变量对基因组大小的影响不显著，但WGD（16百万年前）事件后的基因组稳定性维持了大小差异。研究揭示了多倍体与杂交在物种分化中的不同作用机制。

　　

摘要

前提

转录组学和简化表示基因组测序技术的进步加深了我们对杂交、基因组网络化以及环境变化如何影响物种多样性和基因组大小的理解。Leucaena是一种有用的系统，可用于研究异域物种形成和异源多倍体现象的基因组基础，以及环境压力对30度纬度范围内基因组大小的影响。我们研究了该属物种的系统发育关系、多倍性和杂交在物种形成中的作用，以及基因组大小的进化过程。

方法

利用新生成的Leucaena RNA测序数据，我们应用了基于参考序列的和从头测序的基因组信息学方法来重建核基因组和细胞器基因组的系统发育树。随后，我们利用252个样本的基因组大小数据进行比较分析，并通过系统发育方法全面探讨了基因组大小的进化过程，以及特定环境变量对其的影响。

结果

系统发育分析结果表明，19种古四倍体物种大多是通过分支进化（cladogenesis）而非基因组网络化或杂交形成的。相比之下，基因树数据支持八倍体Leucaena是通过杂交产生的。这些古四倍体物种的祖先基因组大小（1.52 pg/2 C）在同类物种中相对保守，这否定了我们关于环境变量显著影响基因组大小的假设。

结论

系统发育结果揭示了影响物种形成的内在和外在因素之间的复杂相互作用，包括古老的整个基因组复制（whole-genome duplication, WGD）、分支进化、二次接触以及异源多倍体现象。基因组大小与环境变量之间的弱相关性表明，其他因素（如古四倍体基因组的稳定性）在1600多万年前的基因组复制事件后限制了基因组大小的变化。这些发现与越来越多的研究结果一致，这些研究表明存在一些具有古老基因组复制历史的群体，它们能够抵抗导致基因和DNA丢失的二倍体化过程。

数据可用性声明

所有转录组数据均可在NCBI SRA平台获取（访问信息见表1）。基因组信息学数据集可通过FigShare平台获取（https://figshare.com/s/8e78f6a7e676059d7203）。分析所用代码可在上述GitHub链接中找到。更多支持性信息请参阅文章末尾的“支持信息”部分。