Genome Biology | 武志强课题组揭示拟南芥细胞器泛基因组演化动态

2025年8月11日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）武志强课题组在《基因组生物学（Genome Biology）》上发表题为“The evolutionary dynamics of organellar pan-genomes in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究首次揭示了细胞器基因组的动态演化模式，绘制了线粒体和叶绿体基因组精细图谱，为开发利用细胞器遗传资源提供理论支撑。

遗传变异是自然选择和适应性进化的基础。在植物中，遗传物质不仅存在于细胞核中，还分布于两个半自主的细胞器，分别是线粒体和质体（主要是叶绿体）中。揭示细胞器基因组的演化动态对于理解植物适应与进化中的分子机制具有重要价值。

研究通过分析拟南芥近150份样本的细胞器基因组发现，线粒体和叶绿体的结构变异存在相似规律，但演化速度差异显著。线粒体基因组中重复片段驱动的重组发生极快，导致其结构变化与其他变异类型"脱节"，甚至形成难以用传统方法在不同物种间比对的复杂结构。此外，研究还发现了罕见的大型重复序列扩张与融合事件。研究人员进一步证明，通过扰乱和恢复一个核编码基因 MSH1，可以产生线粒体基因组的不同结构版本，而叶绿体基因组的结构在此过程中则表现出较强的稳定性。因此推测，细胞器DNA的自我修复机制可能推动细胞器基因组的快速演化。该研究为利用植物细胞器基因资源、改良作物特性提供了重要理论基础。

基因组所（大鹏湾实验室）武志强研究员为文章通讯作者，副研究员邹益为第一作者，博士研究生朱伟东，硕士研究生候英珂也参与了该研究。美国科罗拉多州立大学Daniel B. Sloan教授为提供了关键性的修改意见。

该研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技创新委员会、中国农业科学院青年英才计划等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s13059-025-03717-0