来源:中科院海洋研究所 海洋生态与环境重点实验室                             发布时间:2022年3月17日                                                     

   石莼属（Ulva）海藻是一类在全球海域广泛分布的大型绿藻，属内物种多样性高，种内藻体形态多样性高。在富营养化的水域环境中，这类机会主义海藻可以暴发性生长形成绿潮。在全球范围内，绿潮已成为常态化的生态灾害。在我国，绿潮近些年在多个海域连续发生，如浒苔（Ulva prolifera）绿潮从2007年至2021年连续15年在我国黄海大面积出现，造成了严重的经济损失和破坏性的生态影响。 　　  　　 

　　中科院海洋所海洋生态环境基因组学团队围绕石莼属绿潮海藻细胞器基因组进化方面开展系列研究，将线粒体和叶绿体基因组作为分子标记来分析石莼属绿藻在种内和种间水平上的物种多样性，首次系统揭示了石莼属绿藻线粒体和叶绿体基因组在种内和种间水平上的进化特点，系统分析了细胞器基因组结构特点和基因含量、外源DNA片段整合和来源、内含子动态变化和多样性、内含子编码蛋白系统进化关系、属内物种演化关系等，获得多个重要发现，相关研究成果相继在国际学术期刊Frontiers in Marine Science发表。

出现在我国黄海的浒苔绿潮

　　研究中比较了来自中美两国不同形态型绿潮海藻（如扁浒苔等）的线粒体和叶绿体基因组，发现了细胞器基因组在种内水平上存在多重的剧烈变动，涉及到基因含量、外源DNA片段整合、内含子含量、基因组结构、重复序列丰度等，研究成果对我们认识石莼属绿藻物种的概念和物种的边界提供了重要的思路和启示。基于细胞器基因组研究团队将开发特异性分子标记，有助于在绿潮发生发展过程中，做到快速检测和早期预报，有重要的应用价值。

石莼属绿藻线粒体基因组中广泛存在DNA指导的RNA聚合酶基因

　　研究发现，在石莼属绿藻线粒体基因组中，整合的外源DNA片段广泛存在DNA指导的RNA聚合酶基因rpo，并且绝大多数rpo因突变造成基因不同程度的断裂，这些外源片段很可能来源于细胞器质粒DNA，而叶绿体基因组中存在细菌来源的酪氨酸型重组酶/整合酶基因、NAD依赖性DNA连接酶基因等特异基因。石莼属绿藻细胞器基因组普遍存在I型和II型内含子，且丰度高、多样性高、内含子家族多。在种内水平上，I型和II型内含子均存在剧烈的动态变动，存在频繁的归巢现象；在种间水平上，内含子家族内部存在显著退化现象，部分内含子不但在石莼属绿藻线粒体或叶绿体基因组内部发生了扩张，在线粒体和叶绿体基因组之间也存在一定程度的转移和扩张。石莼属绿藻中IB型内含子LAGLIDADG归巢酶和II（LHE）型内含子LAGLIDADG归巢酶之间存在重要的遗传进化关系，这颠覆了我们对I型和II型内含子关系的认知。基于高数据量的细胞器基因组，我们研究团队进行了物种进化树构建，发现石莼属绿藻在早期已分为两个独立的进化支系（I和II），呈现双冠辐射进化模式。这些发现丰富和加深了对石莼属物种多样性和系统演化关系的认识。

石莼属绿藻叶绿体基因组中内含子比较分析

　　上述研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、科技部科技基础资源调查专项等资助，刘峰研究员为该成果第一兼通讯作者，参与完成该成果的合作者还有中科院海洋所的陈楠生研究员、美国史贝尔曼学院James T. Melton博士、美国阿拉巴马大学Juan M. Lopez-Bautista教授等。

　　相关成果及链接如下：　　 

　　1.Liu F*, Melton JT, Wang H, Wang J, Lopez-Bautista JM (2022) Understanding the evolution of mitochondrial genomes in the green macroalgal genus Ulva (Ulvophyceae, Chlorophyta). Frontiers in Marine Science. 9: 850710. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.850710

　　2.Liu F*, Melton JT (2021) Chloroplast genomes of the green-tide forming alga Ulva compressa: comparative chloroplast genomics in the genus Ulva (Ulvophyceae, Chlorophyta). Frontiers in Marine Science. 8: 668542. https://doi.org/10.3389/fmars.2021.668542

　　3.Liu F*, Melton JT, Lopez-Bautista JM, Chen N (2020) Multiple intraspecific variations of mitochondrial genomes in the green-tide forming alga, Ulva compressa Linnaeus (Ulvophyceae, Chlorophyta). Frontiers in Marine Science. 7: 714. https://doi.org/10.3389/fmars.2020.00714

原文链接:海洋所在石莼属绿潮海藻细胞器基因组进化方面获新进展