武汉植物园裸子植物Rubisco酶的分子进化研究获进展

2011-7-14 17:02 来源: 中国科学院
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基于rbcL序列利用“宽松分子钟”模型重建的裸子植物系统发育关系图

  近日,在武汉植物园种群遗传学学科组组长、中国科学院“百人计划”王艇研究员指导下,武汉植物园森林博士等人与国外专家Mario A Fares研究员、中山大学生命科学学院苏应娟教授课题组合作,在裸子植物Rubisco酶的分子进化研究方面取得重要进展。研究发现裸子植物3个科(罗汉松科、三尖杉科和红豆杉科)植物的Rubisco大亚基在漫长的地质历史时期内伴随着大气CO2浓度的改变发生了复杂的适应性进化。

  为深入了解Rubisco酶的分子进化,他们以裸子植物3个科(罗汉松科、三尖杉科和红豆杉科)的rbcL基因为对象,利用“宽松分子钟”模型重建了物种系统发育关系,在时间尺度下开展了适应性进化和共进化分析;发现伴随着历史上大气层中CO2浓度的变化,RbcL亚基的部分位点受到了持续正选择,其中一些位点位于Rubisco酶大、小亚基的接触面上,而另一些位点则位于该酶及其活化酶接触面附近,这些结果说明Rubisco酶为了应对大气层CO2浓度的改变而发生了持续性的适应调整,期间还伴有Rubisco活化酶发生的共进化。

  更重要的的是,RbcL亚基内存在着氨基酸位点共进化网络,其中6个核心位点曾经遭受过正选择,说明Rubisco大亚基可通过不同氨基酸位点的共进化改变其功能和结构,进而发生适应性进化。

  这些结果不仅对理解Rubisco酶与环境因子的相互作用具有重要意义,而且有助于认识与Rubisco酶相关的功能网络。

  该研究结果已于近日发表在国际重要学术刊物Biology Direct 上。