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上海辰山植物園植物可塑性功能基因研究組陳可副研究員團隊，聯合法國斯特拉斯堡大學，美國密蘇里植物園，蘇格蘭愛丁堡皇家植物園等機構，在植物學Top期刊The Plant Journal(中科院一區，IF=7.09)上發表了《柿屬植物中農桿菌來源的T-DNA序列解析》的研究論文。該研究首次系統講述了柿屬植物基因組中含有農桿菌來源的轉移DNA序列，并闡明自然發生的農桿菌介導的基因橫向轉移在柿屬植物系統發育和進化中的意義。

研究背景

水平基因轉移(HGT)是植物進化歷史中的一個重要現象，也是目前轉基因植物制備的主要方法之一。由農桿菌介導的植物基因編輯是水平基因轉移的一種形式。柿屬(Diospyros)約包含795個物種，其中一些具有重要經濟價值，例如柿子(D. kaki)，君遷子(D. lotus)，美洲柿(D. virginiana)和名貴木材烏木(D. ebenum)等。

研究內容

對柿子(D. kaki)，油柿(D. oleifera)，君遷子(D. lotus)，美洲柿(D. virginiana)這四種植物的全基因組序列進行了農桿菌來源的胞內轉移DNA序列(cT-DNA)分析。結果表明，這四個物種屬于同一個系統發育分支，且共含有15種不同的cT-DNA片段(命名為DiTA-DiTO)。

在六倍體物種D. kaki栽培種‘小果甜柿’中，發現了7種cT-DNA(DiTA-DiTG)，這些cT-DNA分布在42個同源染色體中的27個上，總長度達628 kb(圖1)。

圖1. 柿屬(Diospyros)植物基因組多次被農桿菌侵染并由此形成天然的轉基因植物。柿子(D. kaki cv. 小果甜柿)含有7條cT-DNA序列(DiTA-DiTG)，包括18種農桿菌來源的T-DNA基因類型。在已知的天然轉基因植物(nGMOs)中，‘小果甜柿’是目前含有cT-DNA總量最大的植物(628 kb)。除了柿子之外，研究還發現另外38種柿屬植物基因組中也含有農桿菌來源的cT-DNA序列。

研究通過對 ‘小果甜柿’JAQSGO組裝數據分析(Li等，2023)，發現其cT-DNA片段在大小和結構上存在顯著差異，這種差異可能來源于原始T-DNA插入的缺失及植物DNA的再編程等。研究人員通過分析cT-DNA序列，推測了cT-DNA的進化歷程。分析結果顯示，cT-DNA插入柿屬植物基因組的時間大約在300萬到1200萬年前。此外，在柿屬植物的另外五個系統發育分支中，也發現cT-DNA分布。

柿子

君遷子(黑棗)

烏木

圖2 柿屬經濟植物柿子，君遷子和烏木(圖片來源于網絡)

綜上所述，本項研究揭示了自然發生的農桿菌介導的T-DNA轉染在柿屬植物中的分布，并揭示了T-DNA序列可以作為獨立的分子標記對植物生長發育和進化產生影響，同時也揭示了自然界中跨物種的基因橫向轉移的普遍和重要性。文章鏈接doi: 10.1111/tpj.70202.

結語展望

柿子這一古老的水果，歷經千百萬年的演化與馴化，在其基因組中隱藏著神秘的外來基因密碼。如今，這些深藏的基因秘密正逐漸被科學家們揭開。未來，隨著更多植物基因組數據的不斷涌現，我們有望發現更多天然轉基因植物及其背后的神奇故事。這些隱藏在植物基因組中的微生物DNA序列，很可能在植物演化、生態適應和物種多樣性形成中扮演著舉足輕重的角色。

科研團隊

上海辰山植物園/法國斯特拉斯堡教授Leon Otten為該文第一作者/共同通訊作者。上海辰山植物園植物可塑性基因研究組陳可副研究員為該文通訊作者。上海辰山植物園劉海助理研究員，愛丁堡皇家植物園Nattanon Meeprom博士，美國密蘇里植物園Alexander Linan和Carmen Puglisi研究員參與了本研究。該研究得到上海市綠化和市容管理局和國家自然科學基因面上項目的支持。

上海辰山植物園陳可課題組主要致力于農桿菌介導的基因橫向轉移，天然轉基因植物形成機制及相關功能基因研究。已在天然轉基因植物形成機制解析及農桿菌T-DNA研究方面取得一系列重要進展。此前，團隊在山茶屬植物的天然轉染研究中取得突破性研究成果，連續發表兩篇相關論文：

《Conservation of an Agrobacterium cT-DNA insert in Camellia section Thea reveals the ancient origin of tea plants from a genetically modified ancestor》(揭示了山茶屬茶組植物cT-DNA序列及進化特征，原文鏈接doi: 10.3389/fpls.2022.997762); 《Extensive natural Agrobacterium-induced transformation in the genus Camellia》(系統揭示山茶屬中廣泛存在天然cT-DNA并構建基于基因橫向轉移的山茶屬植物進化樹;原文鏈接：doi: 10.1007/s00425-023-04234-9)。研究發現，山茶屬植物中共有12條不同的cT-DNA序列，表明其在演化過程中經歷了多次獨立的農桿菌轉染事件。其中部分cT-DNA具有結構完整、潛在表達活性的基因，為研究天然轉基因植物的功能與演化機制奠定了基礎。

誠邀有志于本項研究的研究生，畢業生及出站博士后(或入站)到辰山學習、訪問、聯合培養或工作(聯系人陳老師，kchen@cemps.ac.cn，長期有效)