水龙骨科附生蕨类Rubisco大亚基的适应性进化:正向选择位点的鉴定

摘要

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco,EC 4.1.1.39)在植物光合作用中起重要作用,既负责碳同化又引发光呼吸。催化固定CO2的活性位点位于Rubisco大亚基,由叶绿体rbcL基因编码。水龙骨科是现存蕨类中最为衍生的类群,多为附生植物。为验证蕨类植物在白垩纪适应被子植物兴起而发生分化的观点,本研究以水龙骨科附生蕨类为对象,利用位点间可变ω(非同义替换率dN和同义替换率dS的比值)模型对其rbcL基因的适应性进化进行分析。通过比较模型M1a/M2a和模型M7/M8,在氨基酸水平上,共鉴定出7个正向选择位点:133L,251M,262A,265V,282Y,326I和362I。其中位点262A,265V,282Y及326I对维持Rubisco功能的重要性也得到已发表实验数据的支持。这些结果一方面显示了基于ω比值检验DNA编码序列分子适应的有效性,另一方面也提示水龙骨类可借助rbcL等功能基因的适应性进化,应对白垩纪被子植物引发的陆地生态系统改变。