科技香港之窗 2024-04-27 507浏览

大型基因研究重绘开花植物“生命树”

粉红色的拉帕乔树是大约30万种开花植物中的一种。

本报讯植物学家利用9500多个物种的基因组数据，绘制了开花植物的进化关系图。新绘制的“生命树”将帮助科学家拼凑出开花植物的起源，并为未来的植物保护工作提供信息。相关研究4月24日发表于《自然》。

大约1.5亿年前，地球上的生命开始了一场彻底的变革，这要归功于一个巨大群体——开花植物或被子植物的迅速崛起。木兰、睡莲以及许多已经灭绝的早期植物通过光合作用向大气输送氧气。同时，它们的花蜜和果实为昆虫和其他动物提供了食物，为新的、更复杂的生态系统带来了动力，这些生态系统至今仍主宰着地球。

“我们的生存依赖于它们，这就是为什么需要了解它们的原因。”英国皇家植物园邱园的William J.Baker说。

过去8年，Baker和同事一直致力于完成描述所有植物和真菌之间进化关系的“生命树”。

从开花植物开始，研究小组设计了分子探针，用来寻找存在于所有被子植物细胞核中的353个特定基因。“核基因组是巨大的，所以我们必须专注于一组特定的基因。”Baker说。

到目前为止，他们已经对9506种开花植物的基因进行了测序，主要使用了来自世界各地和公共数据库的标本。这几乎覆盖了所有已知的被子植物科，以及13400个记录属中的8000个。在分析中取样的一些标本有200多年的历史，包括一种叫作Arenaria globiflora的匐雪草，以及许多灭绝的物种，如瓜达卢佩岛橄榄。

通过比较每种开花植物基因序列的相似性，研究人员能够确定它们在“生命树”上的位置。

Baker说，这是迄今对被子植物进行的最全面研究。“我们经常把它比作元素周期表，这是生命的基本框架。”他说。

大约1.4亿年前，被子植物在出现后迅速繁荣起来，超过了无花裸子植物，成为世界上的主要植物类型。在过去几个世纪里，开花植物多样性在化石记录中的突然出现一直困扰着科学家，查尔斯·达尔文曾称之为“令人憎恶的谜团”。

现在，“生命树”证实了今天仍然存在的大约80%的主要开花植物谱系是早期繁荣的被子植物多样性的一部分，还揭示了大约4000万年前发生的另一次物种多样性激增，这可能是由当时全球气温下降引发的。

邱园研究小组的另一名成员Ilia Leitch说，未来，“生命树”还可以帮助寻找具有新的药用特性的植物，也可以帮助科学家识别新物种，并评估哪些物种最容易受到气候变化的影响。

“这是进行新研究所需的最新和最伟大的进化框架，更接近开花植物统治全球的机制。”美国密西西比州立大学的Ryan Folk说。美国佛罗里达大学植物进化生物学家Lucas Majure则评价说：“这是一项出色的研究，它为研究地球上最重要的植物群体的进化关系提供了一个新视角。”（李木子）