华盛顿[美国]，6月7日(ANI):根据对热带树木的生长速度和它们积累的基因突变频率之间关系的研究，人们认为年老的长寿树木比年轻的短命树木对遗传多样性的创造和维持贡献更大。
这项研究以预印本的形式发表在《eLife》杂志上，它提供了编辑们所说的令人信服的证据，证明树木以相似的年速度获得突变，与细胞分裂无关，也与生长速度无关。
这些发现可能被用来为生态系统保护策略提供信息，特别是在东南亚的热带森林中，这些森林正受到气候变化和森林砍伐的威胁。
“生物多样性最终源于突变，这些突变为生物体适应环境提供了遗传变异，”共同主要作者、日本九州大学科学系生物系教授Akiko Satake解释说。“然而，人们对这些突变在自然环境中如何以及何时发生知之甚少。”
体细胞突变是生物体DNA在其生命周期中自发发生的变化。它们的产生可能是由于外部因素，如紫外线辐射，或内部因素，如DNA复制错误。目前尚不清楚这些因素中哪一个更频繁地导致突变，特别是在热带生态系统和树木中，热带生态系统和树木的特征不像温带生态系统和树木那样明显。
为了更好地理解这一点，Satake和他的同事们检查了两种原产于印度尼西亚婆罗洲中部的热带树木的体细胞突变率和模式:生长缓慢的Shorea laevis (S. laevis)和生长迅速的S.麻风树。麻风树的生长速度比麻风树快三倍以上。
通过比较两种树种的体细胞突变，研究小组得以深入了解生长速度对这些突变积累的影响，以及它在推动进化和物种多样性方面的潜在作用。他们从树枝最上层的叶子上采集了7个DNA样本，同时从每棵树的树干上采集了样本，总共32个样本。树木胸高的长度和直径被用来确定采样区域内每个物种的平均年龄。青松树龄平均256年，麻风树龄平均66年。
为了确定存在的突变，研究小组利用从叶子中收集的DNA，为每个树种构建了一个参考遗传数据集。基因组序列是通过一种称为长读PacBio RS II和短读Illumina测序的技术确定的。研究小组从每个样本中提取了两次DNA，使他们能够通过识别两个样本之间相同的DNA来确定同一个体内的单核苷酸变异(snv)。大多数突变被发现存在于单个树枝中。然而，在多个分支上发现了一些突变，这意味着它们在树木生长过程中的某个时刻在分支之间传播。
在这两个物种中，研究小组注意到，随着分支之间的物理距离，突变数量呈线性增长。平均每米的突变率，生长缓慢的叶片S. leavis比生长迅速的S. lemasula高3.7倍，这表明生长缓慢的树木积累了更多的体细胞突变。然而，当考虑到生长速度的差异，并计算每年的突变率时，这两个物种的增长率是相等的。这一发现表明，随着树木的生长，体细胞突变以一种类似时钟的方式积累，与DNA复制和生长速度无关。
“我们还发现体细胞突变在个体内是中性的，也就是说，它们对生存既没有好处也没有坏处。然而，这些遗传给下一代的突变在种子萌发和生长过程中受到强烈的自然选择的影响，”九州大学理学院生物系博士后、共同主要作者Ryosuke Imai说。“这表明体细胞突变随着时间的推移而积累，而老树对产生遗传变异和适应环境的贡献更大，从而增加了物种生存的机会。”
今井和同事们鼓励对这一领域进行进一步的研究。他们特别指出，为了进一步验证这些发现，需要建立数学模型来考虑细胞在伸长和分支过程中的不对称分裂。
“在树木中，体细胞突变可以传递给种子，从而在后代中产生丰富的遗传变异，”作者之一Masahiro Kasahara说，他是日本东京大学计算生物学和医学科学系的副教授。“由于东南亚的热带雨林面临气候变化和森林砍伐的威胁，我们的研究表明，长寿的树木可能在维持和增加这些热带系统的遗传变异方面发挥着至关重要的作用。”(ANI)
