金粟蘭目基因組信息被揭示 或可助解開達爾文“惱人之謎”

金粟蘭目基因組信息被揭示 或可助解開達爾文“惱人之謎”

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科技日報訊 (記者頡滿斌)11月26日，《自然·通訊》在線發(fā)表了來自蘭州大學(xué)劉建全團隊的文章《四川金粟蘭基因組揭示被子植物早期分化歷程》，填補了核心被子植物最后一個主要分枝——金粟蘭目的基因組信息，并對被子植物的早期演化歷程提供了更為翔實的證據(jù)。

被子植物是地球上分布范圍最廣、多樣化最高、適應(yīng)性最強的陸生植物類群，極大地影響了其他生物類群的演化進程。然而，由于被子植物在早期經(jīng)歷了快速的輻射進化，其內(nèi)部演化關(guān)系遲遲未被解決，這一問題也被稱為達爾文的“惱人之謎”。

目前被子植物被劃分為無油樟目、睡蓮目、木蘭藤目和核心被子植物。無油樟目、睡蓮目、木蘭藤目是被子植物的基部類群，系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系相對穩(wěn)定，而核心被子植物包含了約99.95%的被子植物，又可被劃分為雙子葉、單子葉、木蘭類、金魚藻目和金粟蘭目5大類群，它們之間的演化關(guān)系一直存在爭議。

近年來，隨著各類群代表物種的全基因組測序相繼完成，其各自的進化歷程均有了可靠的證據(jù)。劉建全團隊在2020年首次報道了金魚藻和芡實的基因組，證明了核心被子植物內(nèi)部存在廣泛的不完全譜系分選和雜交事件是導(dǎo)致樹形沖突的主要原因。但是金粟蘭目一直未有基因組報道，其演化歷程以及整個核心被子植物的演化過程還有待深入分析。為此，該團隊再次利用Nanopore、Illumina和Hi-C技術(shù)，構(gòu)建了第一個金粟蘭目植物(四川金粟蘭)的高質(zhì)量染色體級別基因組，并使用多種分析方法對上述問題進行了深入的闡述。

通過使用多種系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)分析，研究團隊進行串聯(lián)樹和溯祖樹的構(gòu)建，同時評估長枝吸引、物種選擇和同源聚類方法等的影響，使用多套數(shù)據(jù)集合和多種分析方法，獲得了高可信度的拓撲結(jié)構(gòu)，即金粟蘭目和木蘭類具有最近的親緣關(guān)系，且它們一起與金魚藻目+雙子葉植物構(gòu)成姊妹關(guān)系，而單子葉植物是其他所有核心被子植物的姊妹枝。

同時，作者也發(fā)現(xiàn)了大量的基因樹或葉綠體樹與物種樹不一致的情況，因此著重評估了不完全譜系分選(ILS)和雜交事件對此沖突的貢獻。

此外，本研究還鑒定了四川金粟蘭獨有的一次WGD事件，同時5大核心被子植物分枝的加倍事件都不共享；鑒定了花發(fā)育相關(guān)的基因家族，解析了其特有花器官的可能形成原因；鑒定了萜類合成和木質(zhì)部形成相關(guān)的基因家族，為今后研究其簡單木質(zhì)部形成和萜類物種合成通路演化提供了基礎(chǔ)。

該研究報道了高質(zhì)量的四川金粟蘭基因組，填補了核心被子植物金粟蘭目的基因組信息，并通過多種分析策略和方法，深入揭示了核心被子植物間的復(fù)雜演化歷程。該成果對于早期被子植物的起源、輻射進化以及適應(yīng)性演化提供數(shù)據(jù)支撐和理論基礎(chǔ)。