在兰科天麻植物线粒体基因组的进化研究中，科学家们取得了进展

近日，中国科学院植物研究所研究员金效华的团队和合作伙伴在广泛采样的基础上，组装了线粒体基因组，并进行了分析。通过与附近的自养物种和其他异养植物的比较，他们揭示了天麻线粒体基因组的特殊性和进化机制。相关研究发表在《国际学术期刊》Molecular Biology & Evolution。

异种植物是植物中的“异种植物”，它们通过摄入其他生物的营养来谋生。特殊的营养方法和种子之间的相互作用关系使异种植物在进化生物学和生态学研究领域引起了广泛关注。根据寄主的不同，异种植物可以进一步分为寄生植物和真菌异种植物。目前的研究表明，异种植物的出现导致了质体基因组的类似演变趋势，包括基因组收缩和遗传。然而，对于同样起源于内部共生体的线粒体，其基因组水平的变化仍有待进一步探索。

因此，研究小组组装了天麻属种的12个线粒体基因组，发现该线粒体的大小变化近4倍，包括多个副本数量不均匀的染色体或片段。在这两个物种中，发现了一个非常高的副本染色体，其丰度约为个体平均水平的15倍，这是已知线粒体基因组中最极端的染色体副本变化。此外，同一反式剪接基因的不同片段的染色体之间通常存在显著的副本数量差异，这表明可能存在复杂的表达调节机制。

研究人员发现，在天麻线粒体基因组中，真菌和其他被子植物通过细胞转移获得的质体序列插入，以及通过水平基因转移获得的序列插入成分很少。为了进一步检测其他植物支系，他们发现线粒体基因组中的质体序列插入减少平行发生在不同种植物支系中。结合对重组率和质体插入序列特征的分析，提出了“质体收缩”假设，认为异种植物质体基因组的收缩是导致线粒体基因组中质体插入减少的主要因素。

在祖先序列重建和共线性分析的基础上，结合线粒体基因组的大小和染色体长度在系统框架下的变化模式，研究人员推断，天麻内线粒体基因组的大小变化是由最初较大的染色体通过重新排列形成的，数量较多，长度较小，然后序列以碱基缺失的方式进化，随着“非必要”染色体的随机丢失。

这些发现进一步揭示了植物线粒体基因组结构的多样性，有助于理解其大小和序列成分变化的机制。