新基因的获得是性状创新的基础，而基因复制是新基因的主要来源(Lynch and Conery 2000; Jiao et al., 2011)。根瘤共生固氮体系是自然界固氮的主要来源，主要存在于豆科植物中。然而豆科根瘤共生固氮的遗传创新基础尚无明确研究，因此，探索研究豆科植物特异基因对研究豆科根瘤共生固氮的进化具有重要意义。
JIPB近日在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜团队、崖州湾国家实验室李家洋院士团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳团队、康奈尔大学Jeff J. Doyle团队联合研究的题为“Duplication and sub-functionalization of flavonoid biosynthesis genes plays important role in Leguminosae root nodule symbiosis evolution”的研究论文(
DOI:10.1111/jipb.13743)。该研究发现豆科特异基因是通过基因复制的方式产生的，并且经历了强烈的负选择。KEGG分析显示豆科特异基因在黄酮类合成相关途径上富集，其中查尔酮异构酶(chalcone isomerase)是黄酮类物质合成的关键酶，分为type Ⅰ和type Ⅱ两类。Type Ⅱ CHI只存在于豆科植物中，豆科特异的type Ⅱ CHI又可分为CHI1A和CHI1B两大类。对豆科特异的type Ⅱ CHI进行进一步研究发现，基因复制产生的CHI1A和CHI1B在基因结构和根瘤共生固氮的功能上发生了分化。大豆和蒺藜苜蓿中
CHI1A-RNAi后，结瘤数目没有显著变化(图)。而
CHI1B-RNAi后，大豆和蒺藜苜蓿中结瘤数目均显著降低(图)。以上研究结果表明，豆科特异的遗传创新基础和基因复制后分化对豆科根瘤共生固氮的适应性进化具有重要意义。
中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后刘腾飞、中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后刘海月、中国农业科学院深圳农业基因组研究所科研助理冼文飞、中国科学院遗传与发育生物学研究所博士毕业生刘智为论文共同第一作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究员、崖州湾国家实验室李家洋院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员和康奈尔大学Jeff J. Doyle教授为论文共同通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究员团队的袁亚钦、范敬伟、向帅盈、杨霞、刘羽诚、刘书林、张敏和申妍婷参与了该研究。中国科学院植物研究所焦远年研究员和中国农业科学院深圳农业基因组研究所程时锋研究员为论文提供了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导、中国科学院青年基础研究和科学探索奖等项目的资助。
图：豆科特异的CHI1在豆科根瘤共生固氮中的功能分化
