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石莼屬海藻是一類具有重要生態功能和開發潛力的經濟海藻，同時也是一類可以暴發性生長導致綠潮災害的大型綠藻，在全球范圍內廣泛分布。
近日，中國科學院海洋研究所海洋生態環境基因組學團隊圍繞石莼屬綠藻葉綠體基因組進化機理開展研究，取得重要進展。 相關研究成果發表在國際學術期刊《植物科學前沿》。
石莼屬綠潮藻葉綠體基因組基因順序比較 海洋研究所供圖
GC含量指在DNA4種堿基中，鳥嘌呤和胞嘧啶所占的比率。通過對石莼綱葉綠體基因組的比較研究，海洋生態環境基因組學團隊發現， 在進化過程中，石莼屬葉綠體基因組通過在基因組層面作用于GC含量的強選擇方式，極大地降低了基因組的GC含量。石莼屬葉綠體基因組GC含量只有23.89-26.25%，其含量水平是在目前已知藻類中最低。這種極端方式的建立很可能賦予了石莼屬綠藻重要的優勢，這有助于節省葉綠體的能量、減少對氮的需求，優化物質和能量分配，更有助于石莼屬綠藻的生長和生物量的積累。
研究發現，石莼屬葉綠體基因組含有數量多且類型多樣的內含子，包括不同的I型和II型內含子家族，涉及到不同的核酸酶和反轉錄酶類型；內含子主要分布在GC含量較高的葉綠體蛋白編碼基因中，這種分布模式有別于其它的綠藻支系；同時，I型和II型內含子存在頻繁的歸巢和退化現象，并且內含子由異質性向同質性轉變，推測在推動葉綠體基因組進化過程中發揮作用。
同時，團隊還發現了一類新的葉綠體特異開放閱讀框，廣泛存在于不同石莼屬物種的葉綠體基因組中，這類特異開放閱讀框與葉綠體基因展現出不同的進化路徑，無法反映石莼屬的系統演化關系，但攜帶這類開放閱讀框的外源片段頻繁地入侵到葉綠體基因組中，并且與基因組重排展現出緊密的關系，這一發現有助于解釋葉綠體基因組的多樣性和基因組重排的驅動機制。
此外，團隊發現，石莼屬葉綠體基因組丟失反向重復區后，出現了基因簇的分區模式變化，基因簇重排的范圍顯著擴張。
據悉，這些研究發現都提升了科學家對綠藻葉綠體基因組進化特點和趨勢的認識，對于深入理解綠潮藻葉綠體基因組的進化驅動力和物種形成機制具有重要意義。
該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、科技部科技基礎資源調查專項等資助，中國科學院海洋研究所研究員劉峰為該成果第一兼通訊作者。
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