近日，中国科学院植物研究所研究员金效华团队与合作者以完全真菌异养兰科植物天麻属为对象，在广泛采样基础上组装其线粒体基因组并展开分析，通过与近缘的自养物种及其他异养植物比较，揭示了天麻属的线粒体基因组的特殊性及演化机制。相关研究发表于国际学术期刊Molecular Biology & Evolution。

异养植物是植物中的“异类”，通过摄取其他生物体的营养为生。特殊的营养方式和种间互作关系使异养植物备受进化生物学及生态学研究领域关注。依据寄主的不同，异养植物可进一步分为寄生植物和真菌异养植物。目前的研究表明，异养性的出现引起质体基因组相似的演化趋势，包括基因组收缩和基因丢失，但对于同样起源于内共生体的线粒体，其基因组水平的变化仍有待进一步探索。

为此，研究团队共组装天麻属的12个线粒体基因组，发现属内大小变异近4倍，分别包含多条拷贝数不均的染色体或片段。在两个物种中分别发现一条超高拷贝染色体，其丰度达到个体内平均水平约15倍，是目前已知线粒体基因组中最极端的染色体拷贝数变异。此外，编码同一反式剪接基因不同片段的染色体之间通常存在显著的拷贝数差异，这暗示可能存在复杂的表达调控机制。

研究人员发现天麻属线粒体基因组中由细胞内转移获得的质体序列插入、通过水平基因转移获得的来自真菌和其他被子植物的序列插入成分均很少。进一步检验其他植物分支，他们发现线粒体基因组内质体序列插入的减少平行发生于各异养植物分支。结合对重组率和质体插入序列特征等分析，提出“质体收缩”假说，认为异养植物质体基因组的收缩是引起线粒体基因组内质体插入减少的主要因素。

基于祖先序列重建及共线性分析，并在系统发生框架下结合线粒体基因组大小和染色体长度变异模式，研究人员推测天麻属内线粒体基因组大小变异由早期较大的染色体通过重排形成数量更多而长度较小者，随后序列以偏向碱基缺失的模式进化，并伴随“非必需”染色体的随机丢失引起。

这些发现进一步揭示了植物线粒体基因组结构多样性，有助于理解其大小和序列成分变异的机制。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf082