透過1KP植物轉錄體定序計畫重建綠色植物的演化關係
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文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2019-10-31
在綠色植物(green plant, Viridiplantae)的定義中，包含綠藻、蘚苔類、蕨類、裸子植物、被子植物等不同的分類群。以往人們試圖藉由單一或少數分子遺傳標記(molecular genetic markers)重建不同分類群之間的親緣關係(phylogenetic relationship)，以及釐清分類群中不同物種間的演化關係。為進一步釐清綠色植物本身與灰胞藻門(glaucophytes, Glaucophyta)、紅藻門(red algae, Rhodophyta)等外群(outgroup)間的親緣關係，由加拿大亞伯達大學(University of Alberta)、美國喬治亞大學(University of Georgia)等100多個學術機構組成的多國聯合研究團隊啟動1KP植物轉錄體定序計畫(One thousand Plant Transcriptomes Initiative)，希望透過廣泛調查1,124種，來自不同分類群的植物轉錄體資訊，釐清植物物種間的演化關係。
研究團隊首先利用次世代定序技術(next generation sequencing，簡稱NGS)建構各個物種的遺傳資料庫，再從資料庫中選取410個單拷貝基因(single-copy gene)做為分子標記，以親緣關係法進行親緣關係的重建，最後將重建的親緣關係樹(phylogenetic tree)與現在已知的分類關係及演化假說進行比較與驗證。研究團隊認為，以1,124個物種、數百個分子標記進行重建的親緣關係，將可做為探討植物演化的最佳證據。結果也證實，多數重建結果與物種實際演化結果一致。然而部分結果反映出植物基因與葉綠體基因呈現不一致的演化形式，研究團隊因此推論，可能是由於多倍體化、快速種化等複雜的演化事件所導致。另外，物種樹(species tree)與基因樹(gene tree)呈現不一致的重建結果，有可能是因群系分化不全(incomplete lineage sorting)，尚保留祖先多型性(ancestral polymorphism)，導致樹型結果不一致的情況。【延伸閱讀】最新遺傳研究全面揭示西瓜的遺傳密碼
研究團隊也發現，植物基因演化過程中，在不同的時間、不同的分類群中也發生多次全基因體複製事件(whole-genome duplications，簡稱WGDs)，據推測這是產生基因家族的原因。
研究團隊希望能透過基礎研究一窺植物多樣性背後的原因，了解植物在生理、繁衍背後可能的演化機制。轉錄體資料庫的建置，亦可供後續遺傳方面的研究，或許可用於育種等農業方面的用途。
該研究由加拿大亞伯達省高等教育部(Alberta Ministry of Advanced Education)、中國國家重點研發計畫(National Key Research and Development Program of China)、中華人民共和國科學技術部(Ministry of Science and Technology of the People´s Republic of China)等單位或計畫經費資助，定序作業由中國華大基因(BGI Group)等單位協助。相關研究成果已發表在<Nature>。
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