近日，我院朱学艺副教授与学院多位老师合作在国际期刊Frontiers in Plant Science上发表了题为“A comparison of 25 complete chloroplast genomes between sister mangrove species Kandelia obovata and Kandelia candel geographically separated by the South China Sea” 的研究论文，揭示了以中国南海东北和西南分布的秋茄两个姊妹种在叶绿体基因组水平的差异及关键差异基因编码蛋白对其生境响应的分子特点。

研究背景

秋茄是我国分布最广泛、最耐寒的滨海树种，也是我国东南沿海主要的红树林人工造林树种之一，在我国 “南红北柳”生态工程建设中发挥着重要作用。秋茄是红树科秋茄树属植物，最初认为秋茄树属只有一个种，并根据其胚轴繁殖体形象蜡烛（candle）而命名为Kandelia candel。 2003年，台湾和新加坡学者根据植物形态结构、染色体数目差异等，将分布于中国南海东北部的秋茄鉴定为一个新种，基于其倒卵形(obovate）的叶片特征命名为Kandelia obovata种，两个种之间生态适应的差异主要表现在耐冷性方面，但以中国南海为界分布的两个姊妹种在基因水平的差异及其生态适应的分子机制尚不明晰。

研究结果

叶绿体基因组是相对保守的，一旦出现差异则预示差异基因有重要的生理生态意义。通过对马来西亚、泰国、孟加拉国和中国东南沿海分布的25个秋茄样本完整叶绿体基因组的分析，结果显示两个秋茄种的叶绿体基因组都编码128个基因，包括 83个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因，但由于存在更多、更长的重复序列，K. obovata的叶绿体基因组比K. candle长2kb。基于插入缺失突变位点主成分分析、单拷贝基因的同源蛋白编码基因以及13种红树林物种中38个同源对基因构建的系统发育树分析，本研究明确了秋茄两个姊妹种在叶绿体基因组水平的差异。对两个姊妹种间关键的同源差异基因ndhD和atpA编码蛋白的分子动力学模拟分析显示，它们在叶绿体光合电子传递和光和磷酸化合成ATP方面显著不同，说明了在叶绿体基因组水平，光合效率和能量合成差异是两个秋茄姊妹种适应中国南海东北和西南不同地理环境的关键所在。

图1 秋茄姊妹种的地理分布及本研究在四个不同国家的

Kandelia样本的取样点

图2  秋茄两个姊妹种叶绿体基因组的结构特点

图3 秋茄两个姊妹种差异基因atp-A编码的叶绿体ATP合成酶蛋白复合物

α亚基3D分子动力学比较分析

研究团队

我院博士生徐秀明和沈英嘉教授为共同第一作者，朱学艺副教授为通讯作者，学院王文卿教授、陈鹭真教授、郑海雷教授，硕士生张宇晨等参与了研究工作。 项目得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、福建省自然科学基金等支持。

全文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1075353/full

文、图|张宇晨

责任编辑|朱学艺