“松柏本孤直，难为门生颜”“大雪压青松，青松挺且直”……古往今来，不乏人们对松树高直品质的赞许。

  作为我国特有的乡土针叶树种，油松的生态适生区达300万平方公里，因而也被称为“我国松”，但油松的基因暗码一向是未解之谜。

  北京林业大学针叶树遗传育种团队联合瑞典农业大学、美国密歇根理工大学等6个国家11家单位的科研人员，一起提醒了油松演化要害特征的遗传根底，为深化了解针叶树演化机制供给了重要参阅。12月29日，相关研讨成果在线发表于《细胞》。

  “被子植物基因组的众数值仅为0.6Gb（千兆碱基对），但针叶树却高达17Gb，油松基因组巨细更是高达25.4Gb。”据论文一起榜首作者兼通讯作者、北京林业大学生物科学与技术学院副教授钮世辉介绍，针叶树具有巨大的基因组，是研讨植物基因组不同演化形式的抱负目标，也是研讨超大基因组怎么坚持稳定性与功用性的绝佳事例。

  针叶树基因组的巨大性首要来自于转座元件，其含量高达70%至80%。这些可自我仿制的“侵略性”转座元件一旦被激活，关于整个基因组的稳定性来说将是一种灾祸，不只会引发难以预料的骤变风暴，有或许形成整个基因组的溃散。

  “所以针叶树有必要进化出一套紧密的监管体系，最大极限按捺这些转座元件的活性。DNA甲基化很或许是其间中心的监督管理机制，咱们得知油松具有迄今为止植物中报导过的最高的DNA甲基化水平。”论文一起榜首作者、北京林业大学博士后李江说。

  但是，这种紧密的监管有一个副效果。“它一起按捺了根据同源重组的重复序列的铲除功率，也便是说，转座元件一旦仿制便很少有机会被铲除，因而针叶树的基因组演化进入了一个死胡同—— 一向胀大。”钮世辉指出，在超剂量转座元件的冲击下，强壮的DNA甲基化监管体系是保持基因组稳定性的无可奈何的手法，但一起也“锁死”了基因组缩小通路，形成针叶树基因组的胀大仅有一张“单程票”，这或许便是针叶树都具有巨大基因组的原因。

  据李江介绍，该研讨拼装了首个染色体水平的松树基因组，发现针叶树基因组在胀大的过程中，其基因长度也在成正比地增大。油松基因中具有很多的超长内含子，其均匀内含子长度达10kb（千碱基），是被子植物的20倍。因为很多单个基因的长度乃至超越此前针叶树基因组拼装碎片的长度，因而，许多超长基因的全长序列为该研讨初次判定到。

  令人惊讶的是，这些超长内含子好像并没有给臃肿基因的转录带来负面影响，与预期相反，超长基因倾向具有更高的表达活性。而在被子植物中，内含子中刺进5.8kb的T-DNA到基因区通常会彻底阻断靶基因的表达。针叶树这种稀有的转录调控才能或许依赖于基因组中数量加倍的转录调控因子（TR）参加，一起也保证了针叶树超大基因组的功用性。这种对超大基因转录担负的耐受性和偏好性，或许是针叶树与被子植物彻底不同的基因组演化战略的遗传根底。

  “转座元件的刺进是随机的，因而基因组扩张的一起不可避免地形成基因长度的增加，假如很多的基因像被子植物中那样被随机刺进序列‘缄默沉静’掉而无法正常表达，很或许这个物种就在自然选择中灭绝了，但针叶树进化出了难以置信的转录才能。”钮世辉说。

  针叶树散布规模极广，是北半球森林ECO的主干，一起也是国际林业的主导树种。作为广泛散布的前锋树种，针叶树一向以其杰出的抗逆性而著称，但是其适应性的分子根底现在尚不清楚。

  此前研讨标明，全基因组仿制事情（WGD）或许为被子植物自白垩纪中期后的快速扩张供给了重要进化动力，更高的基因冗余性使多倍体通常在窘境中表现出更强的适应性。但是，针叶树中WGD的产生频率远低于被子植物。

  本研讨发现，尽管油松在进化中经历过2次极陈旧的WGD，但其祖先在近1亿年内再未产生过WGD。

  不过，令人惊讶的是，油松超越91%的基因都产生了仿制，首要是经过散在重复机制仿制，其间明显扩张的基因宗族在生物与非生物钳制呼应通路极明显富集。因而，基因仿制带来的基因冗余性或许与全基因组仿制功用“殊途同归”，赋予了针叶树更强的适应性，其间抗逆性相关基因的很多堆集或许为针叶树杰出的抗逆性供给了遗传根底。

  松脂生物组成是松类植物的重要特征，在抗虫、抗病、抗非生物钳制中均发挥着及其重要的效果。风趣的是，该研讨初次把油松的汉语拼音“you song”引进英文文献（英文字面意义为“君之颂”），并解说了其汉语词义“多脂的松树”。

  该研讨解析了针叶树中最完好的松脂组成通路，发现油松多数位点基因数量与被子植物类似，但要害限速酶产生了剧烈扩张，一起在油松中发现了134个松脂萜类化合物组成基因（TPS），油松也是迄今为止发现的存在TPS基因数目最多的物种。这些扩张基因有规则地按功用分类成簇地集合在染色体上，在DNA上铭刻着“油松”富产松脂的暗码。

  “针叶树研讨好不容易，与被子植物研讨比较仍非常滞后。本研讨是北京林业大学针叶树遗传育种团队传承四十年获得的重要打破，咱们等待以该研讨为起点，破解更多针叶树特异的生长发育的隐秘，为这类全球重要的生态与用材树种的高效遗传改进供给理论根底，也为更全面了解植物各异的演化机制供给被子植物以外新的视角。”钮世辉如是说。