植物实验类毕业论文,植物学实验课题设计

　　作者 | 田瑞颖 　　

　　马兜铃流苏(花苗果花段根)。图片由中国科学院提供　　

　　“诱捕-囚禁-释放”，与其他木兰属植物不同，马兜铃属植物的传粉系统极具欺骗性，其独特的花形是吸引传粉者的重要“诱饵”。　　

　　此外，随着近年来马兜铃酸致癌相关论文的发表，古代中草药马兜铃酸也备受争议。马兜铃属植物的基因组变得更加紧迫和重要。　　

　　在9月2日发表于《自然―植物》的一项研究中，中国科学院植物研究所(以下简称中国科学院植物研究所)研究员焦元年及其合作者对寻骨风基因组进行了测序和组装，获得了高质量的参考基因组，并注释了21751个蛋白质编码基因。据研究人员分析，马兜铃缨有望成为木兰的模式植物。　　

　　世界上的“第二个” 　　

　　“花”是被子植物特有的。因此，被子植物又称开花植物，是世界上最繁盛的植物类群，目前有35万多种，占地球植物的绝大多数。　　

　　研究人员认为，被子植物及其各种家族成员的起源与其创新新性状“花”的出现和多样化密切相关，其遗传多样性的来源可能与现存被子植物及其祖先进化过程中发生的WGD事件有关。　　

　　此前，科学家认为现存唯一没有分支特异性多倍体化的被子植物物种是最早的无油樟脑。今天，这个“独特”已经成为过去式。　　

　　在这项研究中，焦元年的团队通过基因组分析发现了世界上第二个测序的物种，马兜铃属流苏，除了樟树之外，没有经历过分支多倍体。　　

　　“马兜铃独特的基因组进化史，使其成为比较基因组学研究的重要对象，为分析其他被子植物的基因组进化和被子植物祖先的基因组特征提供了重要参考。”焦元年在接受《中国科学报》采访时表示。　　

　　利用这个参考基因组，研究人员不仅准确定位了肉桂和厚朴共有的全基因组加倍事件，还在黑胡椒中发现了另外两个以前没有检测到的古老全基因组加倍事件。　　

　　焦元年说，基因组包含了生物体的遗传密码，基因组的变化通常伴随着生物体相关性状和适应性的变化。“被子植物进化了大约2.5亿年，它们所属植物的基因组或多或少都发生了变化，这就很难准确推断出每一个植物基因组的进化史。” 　　

　　焦元年认为，对被子植物祖先基因组特征的分析，有利于通过比较分析揭示各类群和植物基因组的进化规律，更好地理解植物进化和多样性的遗传基础。“现在，我们可以通过马兜铃属的雄穗和无油樟树的两个基因组，更准确地重建被子植物祖先的基因组状态，这两个基因组与‘化石’状态相似。” 　　

　　基因测序揭示进化之谜 　　

　　被子植物分为四个核心分支，即ANA被子植物基群、木兰、单子叶植物和真双子叶植物。尽管目前已有大量相关资料，但木兰属、单子叶植物和双子叶植物之间的系统发育关系仍不清楚。　　

　　马兜铃在木兰属植物中是“独一无二”的。除了极其特化的花朵，这种植物还开发了一种欺骗性的授粉系统。　　

　　本文第一作者、中国科学院植物研究所博士生秦告诉《中国科学报》，与大多数植物不同，马兜铃属植物通过付出花蜜和花粉来吸引昆虫授粉，而是通过散发独特的花臭味将昆虫引诱到花中，然后利用独特的花形和结构作为陷阱来“捕捉”传粉者，而传粉者在一定时间内只能进入而不能离开。传粉者完成授粉，花药成熟后，带花粉的传粉者才能被释放。　　

　　鉴于马兜铃属植物的进化地位、独特的花形和有争议的药用价值，研究者希望在被子植物进化研究中找到重要突破。“获得马兜铃属植物的基因组，可以解决木兰属植物的系统定位等问题。　　

　　此外，我们希望利用这个基因组了解马兜铃酸的合成途径等。以便了解马兜铃酸合成的区域和发展阶段，也许还有助于人们使用没有马兜铃酸的组织作为药物。”焦元年说。　　

　　在比较了被子植物代表性物种的基因组结构后，研究人员发现木兰属植物和单子叶植物共有一个相互染色体易位事件，而真正的双子叶植物缺乏这一进化特征。　　

　　“在植物基因组的进化过程中，通常会发生许多结构变异，如染色体断裂、融合、交叉交换等。染色体易位也是变异类型之一，是指两条染色体分别断裂一次，相互交换片段后重组。”焦元年解释道。　　

　　研究人员认为，这一结果支持了木兰属植物和单子叶植物可能是彼此的姐妹群，而真正的双子叶植物在分化之前就已经形成了。　　

　　此外，利用这一高质量的参考基因组，研究人员进一步探索了马兜铃属马兜铃属植物与花发育和次生代谢产物合成相关的遗传基础，发现与花发育相关的同源基因冗余度极低，所有已鉴定的与花发育相关的基因只有一个拷贝，不存在重复基因。　　

　　不仅如此，马兜铃发育相关基因的序列、结构和表达模式都比较保守，与樟树、拟南芥等物种一致。研究人员认为，马兜铃流苏特化的形成可能与相关基因的特定表达模式和下游调控网络的变化有关。　　

　　“课代表”候选者 　　

　　模式植物对实现遗传非常重要　　

分析等研究至关重要，一般要求具有生命周期短、易繁殖、适宜实验室培养等特征。找到并研究植物中的这些“课代表”，对于摸清“全班同学”的状况具有重要意义。

然而，目前植物学研究中的模式植物主要在单子叶植物（水稻、玉米等）和真双子叶植物（拟南芥、西红柿、烟草等）中，在木兰类植物和ANA被子植物基部类群中，仍然没有模式植物可用于基因功能研究。

研究人员认为，流苏马兜铃具有生长周期短、易于大规模种植和基因组小等特征，有被发展为木兰类模式植物的潜力，以用于花发育、发育遗传学及次生代谢产物合成等方面的研究。