Amborella trichopoda一種生長在偏遠的南太平洋上的一個島上的灌木叢，是其家族和屬中唯一的植物。它也是最古老的開花植物之一，大約在2億年前從其他植物中分枝開來?，F(xiàn)在，印第安納大學，美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，賓夕法尼亞州立大學和新喀里多尼亞發(fā)展研究所的研究人員已經(jīng)確定了該植物關(guān)鍵能量基因組的顯著擴展 - 生成結(jié)構(gòu)。它的線粒體，植物的能量產(chǎn)生細胞器，在水平基因轉(zhuǎn)移的史詩般的證明中，獲得了六個基因組當量的外來DNA - 一個來自苔蘚，三個來自綠藻，兩個來自其他開花植物。

12月20日發(fā)表在“ 科學 ”雜志上的調(diào)查結(jié)果的高級作者印第安納的帕爾默說：“它吞噬了其他植物和藻類的全基因組，并將其保留在非常完整的形式中。” 這項工作報告了Amborella基因組暴食的程度。

DOE JGI工廠計劃的重點是光合作用的基礎生物學，太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，以及陸地植物和海洋浮游植物在全球碳循環(huán)中的作用。生成這個已發(fā)表的工作中引用的模型提供了一個改進的框架，進一步詳細說明了真核生物 - 植物，真菌，藻類中線粒體融合和基因轉(zhuǎn)移的起源和機制。如文中所述，通過傷害轉(zhuǎn)移基因不僅適用于與Amborella和諧寄生蟲一致的植物。通過擴展，從Amborella中消耗資源的植物寄生蟲組是世界上最大的開花植物群的代表。植物計劃的另一個重點是了解候選“生物燃料作物”的健康增長以及植物害蟲存在的威脅。DOE JGI及其合作者正在構(gòu)建一個基因注釋數(shù)據(jù)集，通過其合作發(fā)現(xiàn)，并通過Phytozome [http://www.phytozome.net/]提供并存入DOE的系統(tǒng)生物學知識庫(KBase) )[http://kbase.science.energy.gov/]。

在美國能源部JGI的社區(qū)測序計劃下開始對整個線粒體基因組進行測序，這項工作耗時8年。為了收集研究樣本，研究人員不得不長途跋涉到植物生長的唯一地方：Grande Terre，新喀里多尼亞的主要島嶼，一個距離澳大利亞東海岸750英里的小國。

研究人員首次嘗試對這種DNA進行測序并不像他們希望的那樣富有成效。盡管他們能夠?qū)蜻M行測序，但他們用來擴增DNA的技術(shù)并不能讓他們自信地構(gòu)建全基因組裝配。Palmer說，這意味著要回到繪圖板并制作第二個獨立的基因組草圖。印第安納州的丹尼·賴斯(Danny Rice)是該論文的第一作者，然后將這兩個組合合并為一個完整的基因組組裝。

“簡而言之，獲得Amborella線粒體基因組的完整組裝需要數(shù)年時間和幾個人的努力，”帕爾默說。“但這非常值得，因為基因組是如此完全不同尋常，驚人且充滿驚喜和機制見解。”完整的序列也是必要的，以排除任何外來DNA是污染的結(jié)果或是Palmer說，整合在細胞核而不是線粒體中。Amborella

的DNA通過水平基因轉(zhuǎn)移吸收和保留的線粒體數(shù)量至少達到一百萬個堿基對，其線粒體基因組現(xiàn)在膨脹至390萬堿基對的巨大大小，而典型的植物線粒體基因組大小約為500,000。很久以前，動物線粒體幾乎停止了這種基因轉(zhuǎn)移過程。

該研究為植物線粒體通過與其他物種的線粒體融合而具有新特性的假設提供了強有力的證據(jù)。在Amborella中，線粒體有很多機會與其他植物的線粒體接觸，例如附生植物，在其他植物上生長的植物。受傷時，Amborella通常在這些位置產(chǎn)生快速生長，這是一種虛擬培養(yǎng)皿，用于使不同物種的線粒體彼此直接接觸。隨著時間的推移，線粒體基因的丟失率很低，導致了Amborella巨大的線粒體DNA過剩。

帕爾默列舉了幾種激發(fā)Amborella線粒體基因組內(nèi)臟的激勵因素。“盡管它們含有相對少量的基因，但植物線粒體基因組在基礎代謝方面具有不成比例的重要性。這是因為它們編碼了大部分與呼吸有關(guān)的關(guān)鍵蛋白。“他還指出植物線粒體基因的缺陷會導致細胞質(zhì)雄性不育 - 當植物不能產(chǎn)生功能性花粉時 - 這是雜交種子生產(chǎn)的一個至關(guān)重要的農(nóng)藝性狀。他說，植物線粒體基因組研究的結(jié)果也可以推斷到其他線粒體基因組，例如，揭示細胞衰老的機制。