近日，中國農業(yè)科學院農業(yè)基因組研究所綠色輕簡超級稻遺傳解析與分子育種創(chuàng)新團隊首次揭示了細胞器基因組的動態(tài)演化模式，繪制了線粒體和葉綠體基因組的精細圖譜，并證實了通過突變與恢復MSH1基因的功能可以驅動線粒體基因組主要構型的快速演化，為開發(fā)利用細胞器遺傳資源提供理論支撐。相關研究成果發(fā)表在《基因組生物學（Genome Biology）》上。

 

　　遺傳變異是自然選擇和適應性進化的基礎。在植物中，遺傳物質不僅存在于細胞核中，還分布于兩個半自主的細胞器，分別是線粒體和質體（主要是葉綠體）中。揭示細胞器基因組的演化動態(tài)對于理解植物適應與進化中的分子機制具有重要價值。

 

　　該研究通過分析擬南芥近150份樣本的細胞器基因組發(fā)現(xiàn)，線粒體和葉綠體的結構變異存在相似規(guī)律，但演化速度差異顯著。線粒體基因組中重復片段驅動的重組發(fā)生極快，導致其結構變化與其他變異類型“脫節(jié)”，甚至形成難以用傳統(tǒng)方法在不同物種間比對的復雜結構。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了罕見的大型重復序列擴張與融合事件。研究人員進一步證明，通過擾亂和恢復一個核編碼基因MSH1，可以產生線粒體基因組的不同結構版本，而葉綠體基因組的結構在此過程中則表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性。因此推測，細胞器DNA的自我修復機制可能推動細胞器基因組的快速演化。該研究為利用植物細胞器基因資源、改良作物特性提供了重要理論基礎。

 

　　該研究得到國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的支持。（通訊員 馬昕怡）

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s13059-025-03717-0