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金粟兰目基因组信息被揭示 或可助解开达尔文“恼人之谜”

来源:科技日报2021-12-09 09:33

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  11月26日,《自然·通讯》在线发表了来自兰州大学刘建全团队的文章《四川金粟兰基因组揭示被子植物早期分化历程》,填补了核心被子植物最后一个主要分枝——金粟兰目的基因组信息,并对被子植物的早期演化历程提供了更为翔实的证据。

  被子植物是地球上分布范围最广、多样化最高、适应性最强的陆生植物类群,极大地影响了其他生物类群的演化进程。然而,由于被子植物在早期经历了快速的辐射进化,其内部演化关系迟迟未被解决,这一问题也被称为达尔文的“恼人之谜”。

  目前被子植物被划分为无油樟目、睡莲目、木兰藤目和核心被子植物。无油樟目、睡莲目、木兰藤目是被子植物的基部类群,系统发育关系相对稳定,而核心被子植物包含了约99.95%的被子植物,又可被划分为双子叶、单子叶、木兰类、金鱼藻目和金粟兰目5大类群,它们之间的演化关系一直存在争议。

  近年来,随着各类群代表物种的全基因组测序相继完成,其各自的进化历程均有了可靠的证据。刘建全团队在2020年首次报道了金鱼藻和芡实的基因组,证明了核心被子植物内部存在广泛的不完全谱系分选和杂交事件是导致树形冲突的主要原因。但是金粟兰目一直未有基因组报道,其演化历程以及整个核心被子植物的演化过程还有待深入分析。为此,该团队再次利用Nanopore、Illumina和Hi-C技术,构建了第一个金粟兰目植物(四川金粟兰)的高质量染色体级别基因组,并使用多种分析方法对上述问题进行了深入的阐述。

  通过使用多种系统发育基因组学分析,研究团队进行串联树和溯祖树的构建,同时评估长枝吸引、物种选择和同源聚类方法等的影响,使用多套数据集合和多种分析方法,获得了高可信度的拓扑结构,即金粟兰目和木兰类具有最近的亲缘关系,且它们一起与金鱼藻目+双子叶植物构成姊妹关系,而单子叶植物是其他所有核心被子植物的姊妹枝。

  同时,作者也发现了大量的基因树或叶绿体树与物种树不一致的情况,因此着重评估了不完全谱系分选(ILS)和杂交事件对此冲突的贡献。

  此外,本研究还鉴定了四川金粟兰独有的一次WGD事件,同时5大核心被子植物分枝的加倍事件都不共享;鉴定了花发育相关的基因家族,解析了其特有花器官的可能形成原因;鉴定了萜类合成和木质部形成相关的基因家族,为今后研究其简单木质部形成和萜类物种合成通路演化提供了基础。

  该研究报道了高质量的四川金粟兰基因组,填补了核心被子植物金粟兰目的基因组信息,并通过多种分析策略和方法,深入揭示了核心被子植物间的复杂演化历程。该成果对于早期被子植物的起源、辐射进化以及适应性演化提供数据支撑和理论基础。(记者颉满斌)

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