苋属中的细胞器捕获、谱系特异性基因组响应及雌雄异株的不稳定性

植物由雌雄同株向雌雄异株的转变会驱动基因组变化，其影响范围从性别决定基因座处的重组抑制，延伸至常染色体和细胞质基因组中选择模式的改变。苋属（Amaranthus）包含古老的粮食作物和有害杂草，其中雌雄异株曾通过两种非同源的性别决定架构独立起源，并且至少发生过一次向雌雄同株的逆转。然而，尽管这两个雌雄异株谱系起源独立，质体和线粒体系统发育却将其归为一组。造成这种不一致的原因，以及雌雄异株的独立起源是否产生了平行的或谱系特异性的基因组响应，仍然未知。我们对19个物种的核基因组、质体基因组和线粒体基因组进行了取样，解析了该属的骨干系统发育关系，并推断其冠群形成于约2–5 Ma。共祖模拟排除了不完全谱系排序的解释，支持多次细胞器捕获事件，表明在分隔两个雌雄异株支系的生殖屏障之间，历史上曾发生过基因交流。核基因共享主要集中在各自的雌雄异株支系内部，而非两个支系之间；这与重组侵蚀核基因组供体祖源、而被捕获的细胞质基因组得以持续存在的情形一致。雌雄异株与全基因组范围内选择强度的变化相关：正选择集中作用于两个雌雄异株支系的茎部分支，但其靶基因大体不重叠，并且在性别决定区域内几乎未留下明显信号。质体编码序列在放松的纯化选择下演化，而核编码的质体靶向基因则富集于间歇性正选择，这与补偿性的细胞核—细胞质协同进化相一致。A. pumilus很可能在一个受反复细胞器捕获影响的谱系内逆转为雌雄同株，这提示杂交与雌雄异株性状的易变性可能在该类群中存在关联。

植物中由雌雄同体向雌雄异株的转变推动了基因组变化，其影响范围从性别决定基因座处的重组抑制，到常染色体和细胞质基因组中选择作用的转变。

作者声明不存在任何利益冲突。

感谢您有兴趣传播有关 bioRxiv 的信息。

注意：我们要求提供您的电子邮件地址，仅用于确认您是本文的发送者。

关键词：细胞器捕获 · 谱系特异性 · 基因组响应 · 雌雄异株 · 苋属 · 植物进化

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.13.732039v1?rss=1