全球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,。來自美國賓州大學的C. de Pamphilis教授聯(lián)合諸多科學家，發(fā)現(xiàn)植物的基因組早在幾億年前就起源了,，比我們估計的早了2億年,。
研究還認為，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)和準確的演化時間表,，這些資源可能改變生物學家對植物演化，特別是開花植物演化的看法,。這項成果將發(fā)表在《自然》雜志上,。
多倍體花朵有豐富的多樣性
“我們起初做了相當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)百萬個開花植物新序列,，”de Pamphilis說,。“可以肯定的是，在開花植物的歷史上,，發(fā)生了一個或數(shù)個重大突變,，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制引起的,，并非個別因素。”
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實例,，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,，”賓州大學學生，研究的第一作者Y.Jiao說,。“跟脊椎動物不同,，植物基因出現(xiàn)多倍化是不會致命的，相反還能帶來好處,。”,。在傳代過程中，那些多出來的基因會漸漸消失,，然而有些多倍基因會產(chǎn)生新功能,，為其它原有的序列“排憂解難”,，使得整個基因組更有效率、更精細化,。
雖然很久以前,，植物基因組開始演化的時候，多倍現(xiàn)象就已經(jīng)產(chǎn)生了,，但生物學家們認為開花植物的多倍性在1.2-1.5億年前才逐漸出現(xiàn),。實際上，有跡象表明開花植物多倍性比我們估計的更早,。研究小組發(fā)現(xiàn)了兩個遠古時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的早了2億年,。
De Pamphilis教授認為,，這幾次多倍現(xiàn)象可能推動了植物基因組的“文藝復興”，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會,，變得如此豐茂和精美,。”他的研究團隊目前已經(jīng)能追蹤被子植物關(guān)鍵基因的演化了。“這些新基因,，有的能帶來實實在在的革新,，最終成為調(diào)節(jié)花朵發(fā)育的中流砥柱。如果沒有多倍化,，就沒有新基因,，開花植物就不會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,，這是一個絕對優(yōu)勢。例如,，在那場白堊紀末的滅絕事件中,，產(chǎn)生了多倍現(xiàn)象的多個被子植物類群都得以幸存，但大量其它動植物都永遠消亡了,。
“眾所周知,，達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古時代的基因多倍現(xiàn)象。現(xiàn)在通過追本溯源,，我們有信心承認,，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’”,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature doi:10.1038/nature09916
Ancestral polyploidy in seed plants and angiosperms
Yuannian Jiao,1, 2 Norman J. Wickett,2 Saravanaraj Ayyampalayam,3 André S. Chanderbali,4 Lena Landherr,2 Paula E. Ralph,2 Lynn P. Tomsho,5 Yi Hu,2 Haiying Liang,6 Pamela S. Soltis,7 Douglas E. Soltis,4 Sandra W. Clifton,8 Scott E. Schlarbaum,9 Stephan C. Schuster,5 Hong Ma,1, 2, 10, 11 Jim Leebens-Mack3 & Claude W. dePamphilis1, 2
Whole-genome duplication (WGD), or polyploidy, followed by gene loss and diploidization has long been recognized as an important evolutionary force in animals, fungi and other organisms1, 2, 3, especially plants. The success of angiosperms has been attributed, in part, to innovations associated with gene or whole-genome duplications4, 5, 6, but evidence for proposed ancient genome duplications pre-dating the divergence of monocots and eudicots remains equivocal in analyses of conserved gene order. Here we use comprehensive phylogenomic analyses of sequenced plant genomes and more than 12.6 million new expressed-sequence-tag sequences from phylogenetically pivotal lineages to elucidate two groups of ancient gene duplications—one in the common ancestor of extant seed plants and the other in the common ancestor of extant angiosperms. Gene duplication events were intensely concentrated around 319 and 192 million years ago, implicating two WGDs in ancestral lineages shortly before the diversification of extant seed plants and extant angiosperms, respectively. Significantly, these ancestral WGDs resulted in the diversification of regulatory genes important to seed and flower development, suggesting that they were involved in major innovations that ultimately contributed to the rise and eventual dominance of seed plants and angiosperms.
