裸子植物进化成谜？新论文指向干冷气候环境

发表时间：2024-11-14 04:05:59 来源：杏彩官网注册地址

  裸子植物是世界上最陈旧的一类种子植物，或许来源于约三亿年前的古生代泥盆纪晚期，经过绵长的地质演化、气候变迁和物种进化，现在仅有12科、1000余种，呈全球散布。

  生物的物种多样性和表型多样化的驱动因子是进化生物学研讨的首要应战之一。对被子植物而言，全基因组仿制（WGD）事情是重要的进化驱动要素,但WGD事情对裸子植物的物种多样性和表型多样化效果存在很大争议。中科院昆明植物研讨所研讨员李德铢、伊廷双联合世界研讨团队发现，自被子植物兴起以来的裸子植物大多数支系的多样化与WGD事情不相关，而与裸子植物习惯呈现的较干冷气候环境相关。

  从泥盆纪晚期来源开端，裸子植物在中生代阅历了快速物种分解并抵达鼎盛时期。在阅历了白垩纪-第三纪地球生命大灭绝事情（包含恐龙大部分品种的灭绝）后，裸子植物与地球的“新操纵”被子植物形成了剧烈的竞赛联系。

  地球的早新生代气候温文，被子植物演化出了新的繁衍方法和宽广叶片，具有更高效的新式维管安排，阅历了物种快速多样化，并敏捷成为地球大多数区域的优势植物品种。相比之下，裸子植物多为小的针形常绿叶片，维管安排仅有狭隘管胞，且成长缓慢，不能很好习惯早新生代气候环境。在这场与被子植物的“生存竞赛”中，裸子植物逐步衰落。

  跟着地球抵达新生代中晚期，气候逐步变干冷，裸子植物的一些支系，如松柏类植物在被子植物不具有竞赛优势的干冷环境下“胜出”，并产生了近期物种辐射性多样化。即便如此，呈现较晚的被子植物仍然有400余科30余万种，远远超出了裸子植物。

  那么，终究是什么要素驱动了裸子植物杂乱的宏进化进程？2017年起，伊廷双和李德铢团队与美国密西根大学Stephen. A. Smith、佛罗里达大学Pamela A. Soltis和 Douglas E. Soltis以及宾夕法尼亚州立大学Hong Ma团队协作展开了裸子植物多样性宏进化形式的研讨。

  “现存的裸子植物支系展示了古辐射演化、很多灭绝事情、超凡的形状阻滞和近期多样化等杂乱前史，但仍不清楚WGD事情是否与呼应气候均匀状况随时刻的改变和新生态机会的习惯性辐射演化等进化进程一起刻画了裸子植物微观进化形式。”伊廷双说。

  因而，依托我国西南野生生物种质资源库，研讨团队针对裸子植物展开了系统发育基因组学研讨。经过整合新测序的转录组、叶绿体基因组和多品种型的数据集，该研讨查验了包含基因和基因组仿制、基因组巨细和染色体数目在内的基因组进化与表型立异、物种多样化和气候生态位的联系。

  WGD事情为新性状的产生供给遗传根底，在被子植物中广泛存在，或许是被子植物茂盛的重要原因。伊廷双指出，大多数的现有研讨以为裸子植物仅产生了少数的WGD事情，可是这次研讨发现，伴跟着现存裸子植物首要支系的来源，染色体数目的改变和基因组巨细的改变在裸子植物广泛存在，裸子植物有几率存在一次共有的WGD事情。

  伊廷双表明，研讨计算的裸子植物147个性状的高多样化常呈现在基因仿制事情较多的节点，“这项研讨发现基因仿制峰与表型立异峰一起产生，基因仿制事情或许促进了裸子植物的表型立异，第一次在微观标准上证明晰基因仿制和表型立异的直接联系”。

  跟着研讨的深化，该项研讨显现，WGD事情或许不是裸子植物晚新生代的部分分支物种快速多样化直接驱动力，而与裸子植物加速占据较干冷气候环境相关。

  伊廷双说：“这表明，生态机会特别是晚新生代的生态机会，以及生境异质性驱动了现存裸子植物部分支系物种多样性的复兴。该研讨让咱们深入理解了裸子植物多样性和表型进化的进程，对讨论植物微观和微观进化的首要驱动力具有广泛而深入的启示含义。”

  伊廷双说到，这项研讨新收集裸子植物样本达77种，得到了中科院昆明研讨所植物园，美国加州大学伯克利分校植物园、哈佛大学阿诺德树木园、密苏里植物园，英国爱丁堡皇家植物园和皇家植物园邱园在资料收集方面给予的协助。

  “这项研讨需求活体资料，收集后要赶快展开试验或超低温保存。咱们研讨的物种散布于世界各地，不或许户外收集并在户外保存好资料，世界各地植物园培养了这些物种，为该研讨的展开供给了必要保证。”伊廷双说。

  伊廷双表明，以往对裸子植物多样化的研讨，多局限于某些类群，用一类数据展开研讨，此次研讨归纳运用了分子、形状和环境等多品种型的数据集研讨裸子植物多样化，从内因和外因两个层面提醒了裸子植物杂乱微观进化形式，具有必定立异性。

  “在今后的研讨工作中，咱们咱们都期望有更多的研讨来进一步验证咱们的研讨定论，如裸子植物共有的WGD事情是否的确存在，基因仿制是否能促进裸子植物性状立异等问题。”伊廷双说。

  两位审稿人高度评价了此项研讨，其间一位审稿人指出，“作者供给了一个令人振奋、超卓的关于整个裸子植物基因和基因组仿制的剖析事例，针对裸子植物的演化进程是不是真的存在大规模的基因仿制在近十年的争论不休，该研讨供给了新的数据和剖析，从而为随同古多倍化的大规模基因仿制供给了可信的依据。相关仿制和形状立异的剖析也令人感兴趣，相同引人入胜，这项研讨对正在进行的关于多倍化和植物多样性进化讨论做出了卓越贡献”。