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裸子植物物種多樣化和表型進(jìn)化研究取得重要進(jìn)展 文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫 | 發(fā)布時(shí)間：2021-07-20 | 作者: | 瀏覽次數(shù)： | 【打印】 【關(guān)閉】 確定生命之樹中物種多樣性和表型差異產(chǎn)生的主要的內(nèi)部和外部驅(qū)動(dòng)力是進(jìn)化生物學(xué)研究的主要挑戰(zhàn)之一。對于綠色植物，全基因組復(fù)制（WGD，或多倍化）是重要的進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力，但仍不清楚WGD是否能與響應(yīng)氣候變化和新生態(tài)機(jī)遇的適應(yīng)性輻射演化等進(jìn)化過程一起塑造宏觀進(jìn)化模式?，F(xiàn)存的裸子植物支系明顯經(jīng)歷了古輻射演化、大量滅絕事件、超常的形態(tài)停滯和近期多樣化等復(fù)雜歷史，但裸子植物進(jìn)化主要階段的相關(guān)性和原因在很大程度上仍不清楚。 依托中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，中國科學(xué)院昆明植物研究所伊廷雙和李德銖團(tuán)隊(duì)與美國密西根大學(xué)Stephen. A. Smith，佛羅里達(dá)大學(xué)Pamela A. Soltis和 Douglas E. Soltis，以及賓夕法尼亞州立大學(xué)Hong Ma團(tuán)隊(duì)合作開展了裸子植物多樣性宏進(jìn)化模式的研究。整合新測序的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和多類型數(shù)據(jù)，該研究檢驗(yàn)了裸子植物包括基因和基因組復(fù)制，基因組大小和染色體數(shù)目在的基因組進(jìn)化與表型創(chuàng)新、物種多樣化和氣候生態(tài)位的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨著現(xiàn)存裸子植物主要支系的起源，發(fā)生了WGD和基因組大小變化，裸子植物可能存在一次共有的WGD事件。此外，該研究顯示了基因復(fù)制峰與表型創(chuàng)新峰共發(fā)生，第一次在宏觀尺度上證明了基因復(fù)制和表型創(chuàng)新的直接關(guān)系。 該研究還發(fā)現(xiàn)，自被子植物崛起以來的裸子植物大多數(shù)多樣化變化與WGD事件不相關(guān)，而與裸子植物加快占領(lǐng)較干冷氣候環(huán)境相關(guān)。這表明，生態(tài)機(jī)遇特別是晚新生代的生態(tài)機(jī)遇，以及生境異質(zhì)性驅(qū)動(dòng)了現(xiàn)存裸子植物物種多樣性的復(fù)興。本研究深刻理解了裸子植物多樣性和表型進(jìn)化的過程，對探討植物微觀和宏觀進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)力具有廣泛而深刻的啟示意義。 2021年7月19日，該研究成果以“Gene duplications and phylogenomic conflict underlie major pulses of phenotypic evolution in gymnosperms”為題在國際植物學(xué)頂級期刊Nature Plants上在線發(fā)表。中國科學(xué)院昆明植物研究所Gregory W. Stull博士和山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院曲小健博士為該論文的共同第一作者，李德銖研究員、Stephen. A. Smith教授和伊廷雙研究員為共同通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院昆明植物研究所植物園，美國加州大學(xué)伯克利分校植物園、哈佛大學(xué)阿諾德植物園、密蘇里植物園，英國愛丁堡皇家植物園和皇家植物園邱園在材料采集方面給予的幫助。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）、中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開放研究項(xiàng)目（No.2017-LSF-GBOWS-02）、國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目（No.31720103903）、云南省云嶺高端外國專家項(xiàng)目（YNQR-GDWG-2017-002，YNQR-GDWG-2018-012）、山東省自然科學(xué)基金（ZR2020QC022）、中國科學(xué)院院長國際獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃（No.2020PB0009）以及中國博士后科學(xué)基金國際博士后交流項(xiàng)目的支持。
圖1 基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的裸子植物的物種樹，顯示基因復(fù)制、染色體數(shù)目變化和基因組加倍與物種多樣性轉(zhuǎn)變的關(guān)系
圖2 裸子植物主要支系同時(shí)發(fā)生的基因復(fù)制峰和表型創(chuàng)新峰
圖3 裸子植物同時(shí)發(fā)生的基因樹沖突峰和表型進(jìn)化速率峰
圖4 裸子植物主要支系生態(tài)位和物種多樣化的共進(jìn)化 （責(zé)任編輯：李雪）
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