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上海辰山植物园植物可塑性功能基因研究组陈可副研究员团队，联合法国斯特拉斯堡大学，美国密苏里植物园，苏格兰爱丁堡皇家植物园等机构，在植物学Top期刊The Plant Journal(中科院一区，IF=7.09)上发表了《柿属植物中农杆菌来源的T-DNA序列解析》的研究论文。该研究首次系统讲述了柿属植物基因组中含有农杆菌来源的转移DNA序列，并阐明自然发生的农杆菌介导的基因横向转移在柿属植物系统发育和进化中的意义。
研究背景
水平基因转移(HGT)是植物进化历史中的一个重要现象，也是目前转基因植物制备的主要方法之一。由农杆菌介导的植物基因编辑是水平基因转移的一种形式。柿属(Diospyros)约包含795个物种，其中一些具有重要经济价值，例如柿子(D. kaki)，君迁子(D. lotus)，美洲柿(D. virginiana)和名贵木材乌木(D. ebenum)等。
研究内容
对柿子(D. kaki)，油柿(D. oleifera)，君迁子(D. lotus)，美洲柿(D. virginiana)这四种植物的全基因组序列进行了农杆菌来源的胞内转移DNA序列(cT-DNA)分析。结果表明，这四个物种属于同一个系统发育分支，且共含有15种不同的cT-DNA片段(命名为DiTA-DiTO)。
在六倍体物种D. kaki栽培种‘小果甜柿’中，发现了7种cT-DNA(DiTA-DiTG)，这些cT-DNA分布在42个同源染色体中的27个上，总长度达628 kb(图1)。
图1. 柿属(Diospyros)植物基因组多次被农杆菌侵染并由此形成天然的转基因植物。柿子(D. kaki cv. 小果甜柿)含有7条cT-DNA序列(DiTA-DiTG)，包括18种农杆菌来源的T-DNA基因类型。在已知的天然转基因植物(nGMOs)中，‘小果甜柿’是目前含有cT-DNA总量最大的植物(628 kb)。除了柿子之外，研究还发现另外38种柿属植物基因组中也含有农杆菌来源的cT-DNA序列。
研究通过对 ‘小果甜柿’JAQSGO组装数据分析(Li等，2023)，发现其cT-DNA片段在大小和结构上存在显著差异，这种差异可能来源于原始T-DNA插入的缺失及植物DNA的再编程等。研究人员通过分析cT-DNA序列，推测了cT-DNA的进化历程。分析结果显示，cT-DNA插入柿属植物基因组的时间大约在300万到1200万年前。此外，在柿属植物的另外五个系统发育分支中，也发现cT-DNA分布。
柿子
君迁子(黑枣)
乌木
图2 柿属经济植物柿子，君迁子和乌木(图片来源于网络)
综上所述，本项研究揭示了自然发生的农杆菌介导的T-DNA转染在柿属植物中的分布，并揭示了T-DNA序列可以作为独立的分子标记对植物生长发育和进化产生影响，同时也揭示了自然界中跨物种的基因横向转移的普遍和重要性。文章链接doi: 10.1111/tpj.70202.
结语展望
柿子这一古老的水果，历经千百万年的演化与驯化，在其基因组中隐藏着神秘的外来基因密码。如今，这些深藏的基因秘密正逐渐被科学家们揭开。未来，随着更多植物基因组数据的不断涌现，我们有望发现更多天然转基因植物及其背后的神奇故事。这些隐藏在植物基因组中的微生物DNA序列，很可能在植物演化、生态适应和物种多样性形成中扮演着举足轻重的角色。
科研团队
上海辰山植物园/法国斯特拉斯堡教授Leon Otten为该文第一作者/共同通讯作者。上海辰山植物园植物可塑性基因研究组陈可副研究员为该文通讯作者。上海辰山植物园刘海助理研究员，爱丁堡皇家植物园Nattanon Meeprom博士，美国密苏里植物园Alexander Linan和Carmen Puglisi研究员参与了本研究。该研究得到上海市绿化和市容管理局和国家自然科学基因面上项目的支持。
上海辰山植物园陈可课题组主要致力于农杆菌介导的基因横向转移，天然转基因植物形成机制及相关功能基因研究。已在天然转基因植物形成机制解析及农杆菌T-DNA研究方面取得一系列重要进展。此前，团队在山茶属植物的天然转染研究中取得突破性研究成果，连续发表两篇相关论文：
《Conservation of an Agrobacterium cT-DNA insert in Camellia section Thea reveals the ancient origin of tea plants from a genetically modified ancestor》(揭示了山茶属茶组植物cT-DNA序列及进化特征，原文链接doi: 10.3389/fpls.2022.997762); 《Extensive natural Agrobacterium-induced transformation in the genus Camellia》(系统揭示山茶属中广泛存在天然cT-DNA并构建基于基因横向转移的山茶属植物进化树;原文链接：doi: 10.1007/s00425-023-04234-9)。研究发现，山茶属植物中共有12条不同的cT-DNA序列，表明其在演化过程中经历了多次独立的农杆菌转染事件。其中部分cT-DNA具有结构完整、潜在表达活性的基因，为研究天然转基因植物的功能与演化机制奠定了基础。
诚邀有志于本项研究的研究生，毕业生及出站博士后(或入站)到辰山学习、访问、联合培养或工作(联系人陈老师，kchen@cemps.ac.cn，长期有效)
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