中外科学家发表Science文章：通过比较进化基因组学提出新观点

　　

华大基因主导发现生物固氮起源和多样性新机制

结瘤生物固氮是进化生物学上观察到的最迷人的现象之一，也是农业上重大的科研问题。

来自深圳华大基因，法国图卢兹大学等处的研究人员发表了题为“Phylogenomics reveals multiple losses of nitrogen-fixing root nodule symbiosis”，提出“多重独立丢失”新假说，并提供了比较进化基因组学分析的分子证据，更好地解释了现有共生结瘤固氮物种在被子植物中镶嵌分布的现象，对于主流观点认为的共生固氮是由多次独立趋同进化而起源，或由共同祖先经过前体构建后再在不同科属中独自演化而形成的假说，均提出了质疑，颠覆了人们对于结瘤共生固氮起源和多样性的固有认知。

这一研究成果公布在Science杂志上，文章的通讯作者之一是华大基因研究院动植物组学负责人程时锋。

这一项目通过科学的系统设计与精心的样本选择，新测10个代表性的植物全基因组序列，结合其他已发表的相关近缘物种共37个植物基因组，进行了深入的比较系统进化基因组学研究（comparative genomics and phylogenomics）。

研究人员发现固氮遗传代谢通路上的关键的不可或缺的两个基因，NIN（NODULE INCEPTION）和RPG(RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH)，它们的丢失与固氮分支中非固氮植物丢失固氮性状正好相一致，进而解释了当前被子植物中固氮物种镶嵌分布规律背后真正的原因。

生物固氮机理是复杂的，工程化更具挑战。本项目意外地从进化的启发中为研究其机理机制打开了一个全新的大门，更为重要的是为长期以来致力于生物固氮工程化的人们开辟了新的思路。

“大进化(phylogenomics)、大组学(multi-omics)的有机结合在当前生物大数据的背景下是研究很多重要生物学问题的重要模式，” 该项目负责人程时锋博士补充道，“这种模式不仅在生物固氮的起源和进化研究中适用，在很多科属中特异性地、或不同分支中趋同性地演化出的很多生物学性状、现象或次生代谢产物的形成等问题中也非常适用。”

他认为，在当下测序触手可得以及信息学技术突飞猛进的今天，研究生物学问题不能孤立地仅局限于自己的单一“宠物”基因组，而要将自己关心的对象放到进化的大框架中系统地进行关联分析，放到以“中心法则”为框架的多组学分析中系统设计。

从千种植物转录组项目的成功（1KP: 1000 plant tranomes），到万种植物基因组(10KP: 10,000 Plant Genome Sequencing)概念的提出和全面启动，业界已经充分感受到大数据力量和在进化框架设计科研问题的魅力。

传统基因挖掘和遗传代谢通路探讨，通常依靠每个步骤每个基因单独做功能基因验证，而一般一个代谢通路中每前进一步，基因的发掘平均都需要花费3-4年时间，而目前即有机会大大加快类似研究的步伐。

原文标题：

Phylogenomics reveals multiple losses of nitrogen-fixing root nodule symbiosis

http://science.sciencemag.org/content/361/6398/eaat1743