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　　演化創(chuàng)新（evolutionary innovation）貫穿于整個(gè)生命之樹（Tree of Life），如被子植物的花和鳥類的羽毛分別為植物和鳥類開拓和適應(yīng)新的生態(tài)位提供了重要前提，其如何產(chǎn)生是演化與發(fā)育生物學(xué)研究的基本問題和主要挑戰(zhàn)之一。近年來，越來越多的研究表明，新基因是演化創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)力之一。幾乎所有的物種都包含一定數(shù)量的孤兒基因（特有新基因），而孤兒基因有多種起源方式，其中最引人注目的是從頭起源（de novo origination），因?yàn)閺念^起源基因是驅(qū)動(dòng)演化創(chuàng)新的關(guān)鍵角色。最近的研究證實(shí)了水稻中從頭起源基因的真實(shí)存在，然而該類型的基因在其它植物中是否普遍存在，其演化是否推動(dòng)了表型創(chuàng)新，孤兒基因如何快速地影響蛋白質(zhì)水平的多樣性及其生物學(xué)功能，這些問題尚有待進(jìn)一步的研究來回答。

　　竹子是禾本科在森林生態(tài)系統(tǒng)中多樣化的竹亞科植物的總稱，全世界共有超過1,600個(gè)物種。相對(duì)其它禾本科植物而言，木本竹子具有木質(zhì)化且高大的莖稈，如我國亞熱帶地區(qū)廣泛栽培的毛竹 (Phyllostachys edulis) 可高達(dá)20 m，而另一些物種如云南熱帶的巨龍竹(Dendrocalamus sinicus)則可超過30 m，是世界上最高大的禾草。同時(shí)，竹子的莖稈生長極其迅速，如毛竹幼嫩莖稈（筍）一天生長可達(dá)1米。因此，“雨后春筍”常常用來形容新生事物的大量和快速涌現(xiàn)。這種快速生長作為木本竹子的關(guān)鍵創(chuàng)新性狀，使其能夠與其它樹木競爭，從而適應(yīng)森林環(huán)境。近年來，我國科學(xué)家先后破解了毛竹（四倍體）、蕓香竹（六倍體）和草木竹子莪莉竹（二倍體）的基因組。基因組學(xué)的研究表明，木本竹子經(jīng)歷了全基因組加倍（WGD）事件，使竹子成為研究WGD、新基因和演化創(chuàng)新的一個(gè)重要模式系統(tǒng)。 

　　中國科學(xué)院昆明植物研究所李德銖團(tuán)隊(duì)、章成君團(tuán)隊(duì)與美國芝加哥大學(xué)龍漫遠(yuǎn)教授合作開展了竹子新基因功能演化的研究。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)毛竹基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行基因組系統(tǒng)發(fā)育地層學(xué) (phylostratigraphy)和演化轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，鑒定到1,622個(gè)竹子特有的孤兒基因。進(jìn)一步的研究表明，這些孤兒基因中有19個(gè)是從頭起源（de novo）基因，其中的4個(gè)基因還得到了蛋白質(zhì)證據(jù)的支持。以往的研究表明，新基因主要是在繁殖器官中高表達(dá)，如被子植物的花粉中。有趣的是，在竹子中，不管是孤兒基因還是從頭起源基因都在快速生長的竹筍中高表達(dá)，尤其是在其快速生長的轉(zhuǎn)折點(diǎn)表達(dá)量達(dá)到最高，快速生長的竹筍可能是竹子新基因產(chǎn)生的“孵化器”。同時(shí)，WGD重復(fù)基因也在竹筍中偏好性地特異高表達(dá)，大多數(shù)WGD基因的形成時(shí)間和木本竹子基因組的加倍時(shí)間吻合。這些WGD基因中的一個(gè)拷貝發(fā)生了表達(dá)特異性分化，另一個(gè)拷貝則保留了其母基因廣譜表達(dá)的特征。孤兒基因（包括從頭起源基因）與表達(dá)分化的WGD基因都在莖稈快速生長的共表達(dá)模塊中富集，它們可能通過共同作用重塑了莖稈生長的表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，從而驅(qū)動(dòng)了竹子莖稈快速生長這一創(chuàng)新性狀的形成。該研究為解析竹子快速生長這一獨(dú)特性狀起源演化的遺傳基礎(chǔ)提供了新視角，也為新基因如何作用新性狀起源提供了一個(gè)嶄新的例證。 

　　日前，研究成果以“New Genes Interacted with Recent Whole Genome Duplicates in the Fast Stem Growth of Bamboos”為題在國際演化生物學(xué)領(lǐng)域重要期刊Molecular Biology and Evolution在線發(fā)表。中國科學(xué)院昆明植物研究所金桂花博士和馬朋飛副研究員為論文的共同第一作者，李德銖研究員、章成君研究員和芝加哥大學(xué)龍漫遠(yuǎn)教授為共同通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（No. XDB31000000）、國家自然科學(xué)基金 (No. 31571311)、美國國家科學(xué)基金會(huì)( NSF 2020667) 和中國科學(xué)院青年促進(jìn)會(huì)（No. Y201972）項(xiàng)目的支持。 

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圖1. 與禾草相比顯示木本竹子的形態(tài)性狀和系統(tǒng)發(fā)育地層學(xué)年齡 

圖2. 竹筍特異表達(dá)基因及其演化模式