Amborella trichopoda一種生長(zhǎng)在偏遠(yuǎn)的南太平洋上的一個(gè)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(lái)。現(xiàn)在，印第安納大學(xué)，美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，賓夕法尼亞州立大學(xué)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(kuò)展 - 生成結(jié)構(gòu)。它的線粒體，植物的能量產(chǎn)生細(xì)胞器，在水平基因轉(zhuǎn)移的史詩(shī)般的證明中，獲得了六個(gè)基因組當(dāng)量的外來(lái)DNA - 一個(gè)來(lái)自苔蘚，三個(gè)來(lái)自綠藻，兩個(gè)來(lái)自其他開花植物。

12月20日發(fā)表在“ 科學(xué) ”雜志上的調(diào)查結(jié)果的高級(jí)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(xiàng)工作報(bào)告了Amborella基因組暴食的程度。

DOE JGI工廠計(jì)劃的重點(diǎn)是光合作用的基礎(chǔ)生物學(xué)，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(gè)已發(fā)表的工作中引用的模型提供了一個(gè)改進(jìn)的框架，進(jìn)一步詳細(xì)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(jī)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(kuò)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(jì)劃的另一個(gè)重點(diǎn)是了解候選“生物燃料作物”的健康增長(zhǎng)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(gè)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(xué)知識(shí)庫(kù)(KBase) )[http://kbase.science.energy.gov/]。

在美國(guó)能源部JGI的社區(qū)測(cè)序計(jì)劃下開始對(duì)整個(gè)線粒體基因組進(jìn)行測(cè)序，這項(xiàng)工作耗時(shí)8年。為了收集研究樣本，研究人員不得不長(zhǎng)途跋涉到植物生長(zhǎng)的唯一地方：Grande Terre，新喀里多尼亞的主要島嶼，一個(gè)距離澳大利亞東海岸750英里的小國(guó)。

研究人員首次嘗試對(duì)這種DNA進(jìn)行測(cè)序并不像他們希望的那樣富有成效。盡管他們能夠?qū)蜻M(jìn)行測(cè)序，但他們用來(lái)擴(kuò)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(gè)獨(dú)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(gè)組合合并為一個(gè)完整的基因組組裝。

“簡(jiǎn)而言之，獲得Amborella線粒體基因組的完整組裝需要數(shù)年時(shí)間和幾個(gè)人的努力，”帕爾默說。“但這非常值得，因?yàn)榛蚪M是如此完全不同尋常，驚人且充滿驚喜和機(jī)制見解。”完整的序列也是必要的，以排除任何外來(lái)DNA是污染的結(jié)果或是Palmer說，整合在細(xì)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(dá)到一百萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，其線粒體基因組現(xiàn)在膨脹至390萬(wàn)堿基對(duì)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(dòng)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(shè)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。在Amborella中，線粒體有很多機(jī)會(huì)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(zhǎng)的植物。受傷時(shí)，Amborella通常在這些位置產(chǎn)生快速生長(zhǎng)，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(shí)間的推移，線粒體基因的丟失率很低，導(dǎo)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(lì)因素。“盡管它們含有相對(duì)少量的基因，但植物線粒體基因組在基礎(chǔ)代謝方面具有不成比例的重要性。這是因?yàn)樗鼈兙幋a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(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)雄性不育 - 當(dāng)植物不能產(chǎn)生功能性花粉時(shí) - 這是雜交種子生產(chǎn)的一個(gè)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(xì)胞衰老的機(jī)制。