真核微生物基因組內rDNA拷貝數與序列多態性關系的研究取得新進展
30年來,對動物、植物核糖體RNA基因(rDNA)進化模式與機制的研究結果已被廣泛接受:真核生物的rDNA通常遵循協同進化模式(concerted evolution),即同一生物體的核基因組中各個rDNA重復單元的序列完全相同或變異極小。目前, rDNA 中的18S、28S與ITS區間序列及拷貝數是有關物種及種群的分類地位、系統演化、條紋碼、分子生態研究的重要標記或參數。海岸帶研究所龔駿研究團隊通過研究提出真核微生物中rRNA基因族可能并不嚴格遵循協同進化模式,首次發現rDNA拷貝數與序列變異的正相關關系。
龔駿研究團隊以單細胞的真核生物(原生生物)纖毛蟲類為研究材料,采用單細胞DNA提取、單細胞定量PCR等方法,發現纖毛蟲細胞具有超高的rDNA拷貝數,纖毛蟲可能是迄今所有生物類群基因組中rDNA拷貝數最高的類群;纖毛蟲rDNA的基因組內變異較大,最高可達約1%;rDNA的拷貝數與單倍型多樣性呈顯著正相關。該研究首次提出并證實了微型真核生物基因組rDNA“高拷貝數-高多態性”的猜想,也例證rRNA基因族在真核微生物中也可能不完全遵循協同進化模式。
該研究成果對于真核微生物分子生態、多樣性與進化研究具有重要啟示:由于rDNA拷貝數均較高,導致在以rDNA為基礎的分子生態學研究中常常高估其相對豐度; rDNA在基因組內部的異質性可能導致對其物種豐富度(richness)的高估,同時也給系統進化分析及物種的分子鑒定帶來不確定性。另外,該研究雖然以纖毛蟲類為例,但由于多數微型真核生物類群(如硅藻、腰鞭蟲、鞭毛蟲、肉足蟲等)均具有較高rDNA拷貝數,其rDNA基因組內的多態性及帶來的問題也極可能同樣存在。
該成果于2013年5月正式發表于國際原生生物研究頂級期刊《Protist》第164卷第4期上,并被期刊編委會一致推選為該期優秀研究論文。