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温度升高可引起植物的生理、生化和分子反应，从而大大影响其生长和发育。突变是驱动生物进化的最基本力量。然而，温度的长期升高如何影响植物中突变的积累仍然是未知的。

2021年5月27日，来自扬州大学金飚及徐辰武共同通讯在Genome Biology 上在线发表了题为“Genome-wideDNA mutations in Arabidopsis plants after multigenerational exposure to high temperatures”的研究论文，研究结果表明高温可以加速植物DNA突变的积累，并改变其分子结构，从而为了解环境温度如何促进植物进化提供了重要线索。

突变是所有物种内部和之间遗传变异的最终来源，是生物进化的基本驱动力。DNA序列突变来自于单碱基替换、小的插入和缺失（indels）以及大的复制/删除，导致基因组序列组成的变化。

对一个物种内这些突变的速率、类型和分子谱的准确评估，对于推进对进化生物学中各种问题的理解至关重要，如物种分化时间、种群遗传多样性和有效种群大小、生物体内突变率变化和对特定环境的适应。然而，突变率很难估计，因为突变在自然种群中经常受到净化选择和漂移的影响。

盛行的突变积累（MA）实验涉及从单一祖先建立多个独立品系，并将这些品系重复繁殖多代，这样可以大大减少选择的影响。鉴于这种实验系统的有效性，结合全基因组测序技术的MA实验已被广泛用于研究多个真核生物物种的自发突变率和光谱，包括莱茵衣藻、黑腹果蝇、优雅隐杆线虫、大肠杆菌、酿酒酵母和拟南芥。这些MA研究为估计总体自发突变率和各种物种的分子进化模式提供了重要的参考数据。

然而，在自然界中，生物体经常遇到各种环境压力，这些压力（如温度升高）对突变的影响已开始受到越来越多的关注。在大肠杆菌中，在一个有复制种群的长期进化实验中，对高温压力下积累的遗传变化进行了表征。最近一项关于在高温下生长的酵母的MA研究也揭示了与耐热性有关的积累性突变。然而，这些研究集中在单细胞生物上；很少有研究通过MA实验考察高温条件下多细胞生物的累积突变。

全球变暖正在加速，导致极端高温和长期变暖的频繁发生。这种变化对植物的生长发育、生产力和适应性有深刻的影响。作为无柄生物，植物已经进化出复杂的机制来应对温度的升高。

在过去的十年中，植物的热应激反应及其调节机制，以及热记忆和启动机制，已经得到了很好的阐明。此外，在植物种群中也探索了应对气候变暖的适应性进化所依据的物候学和生命史特征。然而，大多数研究集中在对热胁迫和变暖引起的物候变化的短期（一代内）反应；对植物暴露在高温和温和变暖下连续几代的长期进化遗传后果知之甚少。

拟南芥，作为一种模式植物，是在基因组水平上研究MA的理想生物体。以前的MA研究已经描述了在非胁迫和高盐度土壤胁迫环境下生长的拟南芥品系中积累的DNA序列突变的特征。尽管温度升高会显著影响植物的生长和发育，但温度升高如何在植物中诱发MA仍是未知的。

为了解决这个问题，研究人员将品系和种群的长期MA实验与深度全基因组测序相结合，以确定在极端高温、适度升温和控制条件下连续10-22代的拟南芥的全基因组突变率和概况。

总之，该研究发现在高温条件下（中度和极度），突变率明显增加，同时还有不同的突变谱、突变基因和突变偏向，为环境变暖下的植物分子进化提供了深入了解。

文章来源于iNature Life ，作者大脑门tu'tu

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