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入侵物种也有“情”,转录研究我看行

发布时间:2022-4-26 16:40:24阅读次数: 分享到:

啤酒、烧烤、小龙虾,堪称中国夏季夜宵的三大常客,对比啤酒和烧烤的悠久历史,小龙虾登陆中国餐桌也才二十余年。就在这短短二十年间,小龙虾从人见人打的生物入侵品种,一跃成为大众美食,在餐桌上焕发自己的光芒。那么其他的入侵物种是否也可以变“废”为宝,在其他领域展示出自己的独特光辉呢?

生物入侵指生物由原生存地经自然的或人为的途径侵入 到另一个新的环境,对入侵地的生物多样性、农林牧渔业生产以及人类健康造成经济损失或生态灾难的过程。


近年来,生物入侵是生态安全领域研究的热点问题,植物中的紫茎泽兰、薇甘菊、加拿大一枝黄花等,动物类除了前文提到的克氏原鳌虾(小龙虾)还有巴西龟、美国白蛾等等。

今天我们从变“废”为宝的角度来看看入侵物种中植物的相关研究,如何利用高通量技术给“他们”一条改过自新的道路。


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大家是否还记得前段时间被全网“通缉”的加拿大一枝黄花,其原产北美,被作为观赏植物引入,后来“潜逃”到野外成为恶性杂草,也被列入了“第二批中国外来入侵物种名单”,其超强的繁殖能力和环境适宜性也让他被称为“恶魔之花”。想这加拿大一枝黄花也算风姿绰约,最后也落得人人喊打,那我们怎么能为“她”提供一个改过自新的机会呢?

图1.加拿大一枝花


2022年1月发表在Chemosphere(IF=7.06)的“Temporal and tissue-specific transcriptome analyses reveal mechanistic insights into the Solidago canadensis response to cadmium contamination”或许可以给“她”一个机会。

研究首先构建了Cd胁迫0、12、24和48h的加拿大一支黄花实验组,分别对各组根和叶组织进行了RNA测序,因其没有完善的基因组信息,后续进行了无参分析。分析发现加拿大一支黄花的根对Cd胁迫的适应涉及热休克蛋白等基因的上调和一些抗氧化剂的诱导,这些会有助于细胞清除活性氧(ROS)。相比之下,叶片在Cd胁迫下,与次生代谢相关的基因表达增加,但光合作用缓解。同时研究还发现了与生理特性高度相关的后续基因模块。综上所述,结果表明加拿大一枝黄花采取多种方式积极应对Cd胁迫,这些信息有助于后续对其的研究,更重要的是,揭示了入侵植物修复Cd污染土壤的潜力。

图2.根和叶组织中参与Cd差异调控的主要过程示意图


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给了加拿大一枝黄花一个机会改过自新,其他外来物种也不想落于人后,都盼着有个机会可以摆脱人人喊打的现状,其中就有被称为“植物杀手”的薇甘菊。


薇甘菊为多年生藤本植物,原产美洲,听名字是不是还觉得娇俏可人,但“她”却是世界十大有害杂草之一,能攀援缠绕乔灌木植物,阻碍其光合作用,导致附主死亡。这样”“罪大恶极”的外来物种,我们是否也可以给个机会,让他在其他领域发光发热?

图3.薇甘菊


2022年3月发表在Sci Rep(IF=4.38)的“Full‑length transcriptome analysis of multiple organs and identification of adaptive genes and pathways in Mikania micrantha”也给出了一条明路。

薇甘菊作为入侵物种能够很好地适应具有各种压力因素的入侵环境,但缺乏对其与环境适宜相关的基因家族和功能鉴定。研究使用PacBio测序和Illumina测序相结合,对薇甘菊5个器官进行了测序。基于PacBio测序数据构建了薇甘菊的全长转录本集,结合Illumina数据分析5个器官之间的基因表达模式。研究发现高表达基因在不同器官的环境胁迫反应和逆境适应中具有特殊作用,影响包括萜类合成、抗氧化防御等,其中根、茎、叶表现出较强的逆境响应能力,同时研究还发现了大量转录因子和选择性剪接事件。这为后续进一步研究薇甘菊的适宜性进化和功能基因组学提供了基础,也为其他植物的抗逆研究及育种提供一定帮助。

图4.薇甘菊抗氧化防御系统


总  结

现有外来入侵物种研究主要站在防治角度进行,但不可否认,入侵物种在生物学研究中也具有重要意义。其强适宜、强抗逆、强繁殖的特点在环境污染治理、作物育种、关键基因挖掘等方面都能占据一席之地。而这些研究的进行通常面临许多问题,如基因组信息缺失、调控方式不清晰、关键基因无法定位等。


解决问题需要好的工具,高通量技术就是解决这些问题的利器,基因组信息缺失除了可以通过DNA测序从而构建参考基因组外,还能利用二三代测序技术构建转录本集,进而挖掘转录调控信息,特别是基于PacBio平台的全长转录组,可以得到更全面、完善、准确的转录信息,再结合二代测序数据定量分析,解析调控机制、定位关键基因更是手到擒来。


不是“金子”一样可以发光,外来入侵物种变废为宝的过程更是科研思维转变,深度挖掘生物内在价值的过程。菲沙基因在全长转录组等转录调控方向具有丰富的项目经验,可以提供全面的测序分析服务,让我们携手一起发光发热!




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