近日，中國農業科學院農業基因組研究所綠色輕簡超級稻遺傳解析與分子育種創新團隊首次揭示了細胞器基因組的動態演化模式，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，為開發利用細胞器遺傳資源提供理論支撐。相關研究成果發表在《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現，線粒體和葉綠體的結構變異存在相似規律，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生極快，導致其結構變化與其他變異類型“脫節”，甚至形成難以用傳統方法在不同物種間比對的復雜結構。此外，研究還發現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出較強的穩定性。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