食肉狸藻、毛毡苔和茅膏菜等植物拥有开花植物中最小的基因组。研究人员长期以来一直想知道哪些遗传或环境因素导致了这些微型植物基因组的形成，现在，一组科学家发现 单一突变与基因组缩小相关并推动其缩小 在一些 Lentibulariaceae 科的食肉物种中。研究结果最近发表在 Annals of Botany.
线粒体是细胞内产生能量的细胞器。研究人员重点研究了一种名为细胞色素 c 氧化酶 (COX) 的基因突变，该基因编码一种对线粒体通过细胞呼吸产生能量至关重要的酶。他们推测 COX 突变可提高线粒体的效率，为依靠吸力陷阱捕捉猎物的食肉植物提供优势。然而，这种突变可能会带来代价，即增加呼吸副产物活性氧 (ROS) 的有害分子的产生。
为了验证这一想法，马萨里克大学的研究团队汇编了食肉目兰蒂布拉科三个属的 100 多个物种的基因组大小数据和染色体测量数据： 根丽莎, 企鹅 和 乌tric。他们还分离并分析了每个物种的 COX 基因序列，以确定它们携带的是祖先基因还是突变基因。研究人员利用统计分析评估了数据中的模式是否支持 COX 突变导致植物基因组在进化过程中变小。
他们的发现提供了令人信服的证据，表明 COX 突变导致这些食肉植物的基因组缩小。与保留祖先序列的物种相比，携带突变 COX 基因的物种的基因组和染色体始终较小。系统发育模型还显示，作为一种进化反应，COX 突变携带者的基因组趋向于逐渐变小。
研究人员认为，COX 突变导致的 ROS 水平升高会压倒植物的 DNA 修复能力，从而导致代代相传的基因组缺失率更高。随着非必需区域逐渐被移除，植物基因组的大小会缩小。虽然增强线粒体功能对食肉陷阱有益，但这种基因调整是以基因组不稳定为代价的。
我们的研究结果表明，整个属 乌tric 而 Genlisea 属的 Recurvatae 和 Genlisea 部分在 COX 基因中存在 CC 或 CS 突变…观察到这些 Lentibulariaceae 谱系与祖先 LS 状态（属）的谱系相比，倾向于进化出更小的基因组大小 企鹅, 根丽莎 Tayloria 部分）与以下假设相一致：COX 序列的变化会增加 ROS 的产生，增加 DNA 损伤并促进缺失偏向的 DNA 修复，最终导致基因组收缩。
通过揭示单个线粒体突变如何影响基因组进化，这项研究揭示了塑造物种的复杂遗传和环境权衡。它说明了即使是细胞过程的细微变化也会在进化时间尺度上级联改变生物体的整个基因组蓝图。这项研究还强调了食肉植物是一种有趣的遗传模型，并强调了线粒体突变是基因组变化的一个未被充分重视的驱动因素。继续探索这个独特的系统可能会发现更多意想不到的发现。
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Zedek F.、Šmerda J.、Halasová A.、Adamec L.、Veleba A.、Plačková K. 和 Bureš P. (2024)“最小的被子植物基因组可能是有效诱捕狸藻的代价。= Annals of Botany。 可在： https://doi.org/10.1093/aob/mcae107
