全球30多萬(wàn)種形形色色的開(kāi)花植物，其演化多樣性可能很早之前就飛速發(fā)展了。來(lái)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。

多倍體花朵有豐富的多樣性

　　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(kāi)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據和準確的演化時(shí)間表，這些資源可能改變生物學(xué)家對植物演化，特別是開(kāi)花植物演化的看法。這項成果將發(fā)表在《自然》雜志上。

　　“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百萬(wàn)個(gè)開(kāi)花植物新序列，”de Pamphilis說(shuō)。“可以肯定的是，在開(kāi)花植物的歷史上，發(fā)生了一個(gè)或數個(gè)重大突變，并為它們日后的多樣性做了鋪墊。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(gè)別因素。”

　　分析過(guò)了基因組的證據后，研究小組又投入研究了多倍性基因突變的兩個(gè)實(shí)例，正是多倍性的出現改寫(xiě)了開(kāi)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，研究的第一作者Y。Jiao說(shuō)。“跟脊椎動(dòng)物不同，植物基因出現多倍化是不會(huì )致命的，相反還能帶來(lái)好處。”。在傳代過(guò)程中，那些多出來(lái)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(yōu)解難”，使得整個(gè)基因組更有效率、更精細化。

　　雖然很久以前，植物基因組開(kāi)始演化的時(shí)候，多倍現象就已經(jīng)產(chǎn)生了，但生物學(xué)家們認為開(kāi)花植物的多倍性在1。2-1。5億年前才逐漸出現。實(shí)際上，有跡象表明開(kāi)花植物多倍性比我們估計的更早。研究小組發(fā)現了兩個(gè)遠古時(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象，其二則是1。92-2。1億年前被子植物的多倍現象，這幾乎比我們以前估測的早了2億年。

　　De Pamphilis教授認為，這幾次多倍現象可能推動(dòng)了植物基因組的“文藝復興”，現在萬(wàn)紫千紅的植物世界就是很好的證明。“數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(huì )，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(lái)實(shí)實(shí)在在的革新，最終成為調節花朵發(fā)育的中流砥柱。如果沒(méi)有多倍化，就沒(méi)有新基因，開(kāi)花植物就不會(huì )像今天這樣繁榮興盛。”他總結道。

　　兩次多倍現象帶來(lái)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，甚至戰勝集群滅絕，這是一個(gè)絕對優(yōu)勢。例如，在那場(chǎng)白堊紀末的滅絕事件中，產(chǎn)生了多倍現象的多個(gè)被子植物類(lèi)群都得以幸存，但大量其它動(dòng)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出來(lái)的快速分異現象稱(chēng)作‘討厭之謎’，現在我們終于一步步揭開(kāi)了它，”de Pamphilis說(shuō)。“我們從前說(shuō)，大部分被子植物都得益于遠古時(shí)代的基因多倍現象?，F在通過(guò)追本溯源，我們有信心承認，所有的被子植物都來(lái)源于基因多倍化，這幾次多倍化現象可稱(chēng)作開(kāi)花植物的‘宇宙大爆炸’”。

　　原文出處：

　　Nature  doi：10.1038/nature09916

　　Ancestral polyploidy in seed plants and angiosperms