葡萄科（Vitaceae）树木在干旱环境中的平行适应的基因组与生态学驱动因素

《Nature Communications》：Genomic and ecological drivers of parallel arid adaptation in tree grapes (Vitaceae)

　　

摘要

在全球干旱化加剧的背景下，理解植物的适应性至关重要。多肉性是一种关键的抗旱机制，它在不同的植物谱系中多次独立演化，但其背后的基因组驱动因素仍需进一步研究。通过整合基因组学、生态学和形态学的综合证据，我们研究了葡萄科（Vitaceae）植物属Cyphostemma对干旱环境的适应机制。该属植物分布于从雨林到沙漠的各种生态环境中，表现出广泛的基因组和表型变异。利用代表性Cyphostemma物种的基因组数据，我们发现特定的长末端重复序列逆转录转座子（LTR-RT）谱系在Cyphostemma的演化过程中发挥了重要作用，导致了大量的内含子扩张——这一现象在真双子叶植物中较为罕见。这些内含子中的LTR-RT插入可能增强了植物对基因组结构变化的耐受性，从而促进了多肉性的进化。此外，基因间的LTR-RT序列也进一步扩展了植物的基因组，这类序列在干旱和季节性生境中具有反复出现的进化优势。我们的研究表明，基因组景观的形成既受到内在LTR-RT动态的影响，也受到外部环境因素的调控。尤为重要的是，我们认为LTR-RT序列的随机动态增强了基因组的进化能力，为植物的适应性进化提供了可能。