叶绿体基因组并非“固定的蓝图”

以 Eranga Pawani Witharana 女士为第一作者、以本实验室为核心的研究团队发现，叶绿体基因组在数千万年间经历了缓慢却持续的结构变化。

叶绿体基因组与structural heteroplasmy

植物细胞除核DNA外，叶绿体中还含有独立基因组。叶绿体基因组相对较小，过去常被视为结构稳定，因此广泛用于植物系统发育和进化研究。

叶绿体DNA在细胞内为高拷贝，而核基因座的拷贝数相对较低。这种差异可能使不同叶绿体基因组构型在同一个体内共存，而不是其中一种立即固定。由于倍性、细胞周期和组织状态会影响拷贝数，不能把核DNA一概表述为每个细胞恒定两份。

进化时间尺度上的结构变化

本研究分析了28种柑橘亚科（Aurantioideae）植物，发现一对53-bp短倒置重复序列（short inverted repeats; sIRs）之间的分子内同源重组，会在叶绿体large single-copy（LSC）区形成约22-kb的倒位。同一个体内存在两种结构构型的状态称为structural heteroplasmy（结构异质性）。

两种构型在多个物种中维持了约12.1–28.2 million years，可追溯至早中新世。少数型在某些谱系中变为多数型的模式，与遗传漂变可能发挥作用相符。结果表明，叶绿体基因组结构进化是持续而渐进的过程，并非一系列瞬间固定的状态。

检测低频基因组构型

分析检测了跨越结构断点的discordant paired-end reads和soft-clipped reads。PCR验证进一步确认，低频构型确实存在，而非仅为测序或比对产生的artifact。

论文发表与媒体报道

• Saga University press release
• Kagoshima University press release(Japanese/English PDF)
• 鹿儿岛大学联合农学研究科网页

虽然没有在线报道，本研究也于2026年4月20日获《南日本新闻》报道。