所有被子植物都來源于基因多倍化

30多萬種形形色色的開花植物，其演化多樣性可能很早之前就飛速發(fā)展了。來自美國賓州大學(xué)的C.  de  Pamphilis教授聯(lián)合諸多科學(xué)家，發(fā)現(xiàn)植物的基因組早在幾億年前就起源了，比我們估計(jì)的早了2億年。



研究還認(rèn)為，2億年前的植物基因多樣性大爆發(fā)可能為以后開花植物的多樣性起了鋪墊作用。研究小組為我們提供了豐富的基因數(shù)據(jù)和準(zhǔn)確的演化時(shí)間表，這些資源可能改變生物學(xué)家對(duì)植物演化，特別是開花植物演化的看法。這項(xiàng)成果將發(fā)表在《自然》雜志上。



“我們起初做了相當(dāng)詳盡的基因組探究工作，材料包括9種已知的植物基因組和數(shù)百萬個(gè)開花植物新序列，”de  Pamphilis說。“可以肯定的是，在開花植物的歷*，發(fā)生了一個(gè)或數(shù)個(gè)重大突變，并為它們?nèi)蘸蟮亩鄻有宰隽虽亯|。更值得注目的是，這些重大變化是由同一機(jī)制引起的，并非個(gè)別因素。”



分析過了基因組的證據(jù)后，研究小組又投入研究了多倍性基因突變的兩個(gè)實(shí)例，正是多倍性的出現(xiàn)改寫了開花植物演化史。“多倍性是基因突變的產(chǎn)物，植物獲得了雙倍或多倍的遺傳載體，”賓州大學(xué)學(xué)生，研究的*作者Y.Jiao說。“跟脊椎動(dòng)物不同，植物基因出現(xiàn)多倍化是不會(huì)致命的，相反還能帶來好處。”。在傳代過程中，那些多出來的基因會(huì)漸漸消失，然而有些多倍基因會(huì)產(chǎn)生新功能，為其它原有的序列“排憂解難”，使得整個(gè)基因組更有效率、更精細(xì)化。



雖然很久以前，植物基因組開始演化的時(shí)候，多倍現(xiàn)象就已經(jīng)產(chǎn)生了，但生物學(xué)家們認(rèn)為開花植物的多倍性在1.2-1.5億年前才逐漸出現(xiàn)。實(shí)際上，有跡象表明開花植物多倍性比我們估計(jì)的更早。研究小組發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)遠(yuǎn)古時(shí)期植物基因組的重大事件：其一是3.2億年前種子植物祖先的多倍現(xiàn)象，其二則是1.92-2.1億年前被子植物的多倍現(xiàn)象，這幾乎比我們以前估測(cè)的早了2億年。



De  Pamphilis教授認(rèn)為，這幾次多倍現(xiàn)象可能推動(dòng)了植物基因組的“文藝復(fù)興”，現(xiàn)在萬紫千紅的植物世界就是很好的證明。“數(shù)億年前的多倍化使得植物基因組精彩紛呈，被子植物們抓住了機(jī)會(huì)，變得如此豐茂和精美。”他的研究團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)能追蹤被子植物關(guān)鍵基因的演化了。“這些新基因，有的能帶來實(shí)實(shí)在在的革新，zui終成為調(diào)節(jié)花朵發(fā)育的*。如果沒有多倍化，就沒有新基因，開花植物就不會(huì)像今天這樣繁榮興盛。”他總結(jié)道。



兩次多倍現(xiàn)象帶來的好處并不止這些。擁有了多倍基因組，被子植物還能夠克服惡劣環(huán)境，甚至戰(zhàn)勝集群滅絕，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如，在那場白堊紀(jì)末的滅絕事件中，產(chǎn)生了多倍現(xiàn)象的多個(gè)被子植物類群都得以幸存，但大量其它動(dòng)植物都永遠(yuǎn)消亡了。



“*，達(dá)爾文將被子植物化石記錄中表現(xiàn)出來的快速分異現(xiàn)象稱作‘討厭之謎’，現(xiàn)在我們終于一步步揭開了它，”de  Pamphilis說。“我們從前說，大部分被子植物都得益于遠(yuǎn)古時(shí)代的基因多倍現(xiàn)象。現(xiàn)在通過追本溯源，我們有信心承認(rèn)，所有的被子植物都來源于基因多倍化，這幾次多倍化現(xiàn)象可稱作開花植物的‘宇宙大爆炸’”。