Genomes of leafy and leafless Platanthera orchids illuminate the evolution of mycoheterotrophy

生物 基因 基因组 植物 海藻糖 海藻糖酶 遗传学 生物化学
作者
Ming-He Li,Kewei Liu,Zhen Li,Hsiang-Chia Lu,Qin‐Liang Ye,Diyang Zhang,Jie-Yu Wang,Yufeng Li,Zhi‐Ming Zhong,Xuedie Liu,Yu Xia,Ding-Kun Liu,Xiong-De Tu,Bin Liu,Hao Yang,Xing-Yu Liao,Yuting Jiang,Weihong Sun,Jinliao Chen,Yanqiong Chen,Ye Ai,Jun-Wen Zhai,Shasha Wu,Zhuang Zhou,Yu-Yun Hsiao,Wan-Lin Wu,You-Yi Chen,Yu-Fu Lin,Jung Mao Hsu,Chia‐Ying Li,Zhiwen Wang,Xiang Zhao,Wen-Ying Zhong,Xiaokai Ma,Liang Ma,Jie Huang,Guizhen Chen,Ming-Zhong Huang,Laiqiang Huang,Donghui Peng,Yi‐Bo Luo,Shuangquan Zou,Shi-Pin Chen,Siren Lan,Wen‐Ta Tsai,Yves Van de Peer,Zhong‐Jian Liu
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:8 (4): 373-388 被引量:32
标识
DOI:10.1038/s41477-022-01127-9
摘要

Abstract To improve our understanding of the origin and evolution of mycoheterotrophic plants, we here present the chromosome-scale genome assemblies of two sibling orchid species: partially mycoheterotrophic Platanthera zijinensis and holomycoheterotrophic Platanthera guangdongensis . Comparative analysis shows that mycoheterotrophy is associated with increased substitution rates and gene loss, and the deletion of most photoreceptor genes and auxin transporter genes might be linked to the unique phenotypes of fully mycoheterotrophic orchids. Conversely, trehalase genes that catalyse the conversion of trehalose into glucose have expanded in most sequenced orchids, in line with the fact that the germination of orchid non-endosperm seeds needs carbohydrates from fungi during the protocorm stage. We further show that the mature plant of P. guangdongensis , different from photosynthetic orchids, keeps expressing trehalase genes to hijack trehalose from fungi. Therefore, we propose that mycoheterotrophy in mature orchids is a continuation of the protocorm stage by sustaining the expression of trehalase genes. Our results shed light on the molecular mechanism underlying initial, partial and full mycoheterotrophy.
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