所有被子植物都来源于基因多倍化

上一篇 / 下一篇  2011-08-29 18:54:36

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      全球30多万种形形色色的开花植物,其演化多样性可能很早之前就飞速发展了。来自美国宾州大学的C. de Pamphilis教授联合诸多科学家,发现植物的基因组早在几亿年前就起源了,比我们估计的早了2亿年。

      研究还认为,2亿年前的植物基因多样性大爆发可能为以后开花植物的多样性起了铺垫作用。研究小组为我们提供了丰富的基因数据和准确的演化时间表,这些资源可能改变生物学家对植物演化,特别是开花植物演化的看法。这项成果将发表在《自然》杂志上。


      多倍体花朵有丰富的多样性

      “我们起初做了相当详尽的基因组探究工作,材料包括9种已知的植物基因组和数百万个开花植物新序列,”de Pamphilis说。“可以肯定的是,在开花植物的历史上,发生了一个或数个重大突变,并为它们日后的多样性做了铺垫。更值得注目的是,这些重大变化是由同一机制引起的,并非个别因素。”

      分析过了基因组的证据后,研究小组又投入研究了多倍性基因突变的两个实例,正是多倍性的出现改写了开花植物演化史。“多倍性是基因突变的产物,植物获得了双倍或多倍的遗传载体,”宾州大学学生,研究的第一作者Y.Jiao说。“跟脊椎动物不同,植物基因出现多倍化是不会致命的,相反还能带来好处。”。在传代过程中,那些多出来的基因会渐渐消失,然而有些多倍基因会产生新功能,为其它原有的序列“排忧解难”,使得整个基因组更有效率、更精细化。

      虽然很久以前,植物基因组开始演化的时候,多倍现象就已经产生了,但生物学家们认为开花植物的多倍性在1.2-1.5亿年前才逐渐出现。实际上,有迹象表明开花植物多倍性比我们估计的更早。研究小组发现了两个远古时期植物基因组的重大事件:其一是3.2亿年前种子植物祖先的多倍现象,其二则是1.92-2.1亿年前被子植物的多倍现象,这几乎比我们以前估测的早了2亿年。

      De Pamphilis教授认为,这几次多倍现象可能推动了植物基因组的“文艺复兴”,现在万紫千红的植物世界就是很好的证明。“数亿年前的多倍化使得植物基因组精彩纷呈,被子植物们抓住了机会,变得如此丰茂和精美。”他的研究团队目前已经能追踪被子植物关键基因的演化了。“这些新基因,有的能带来实实在在的革新,最终成为调节花朵发育的中流砥柱。如果没有多倍化,就没有新基因,开花植物就不会像今天这样繁荣兴盛。”他总结道。

      两次多倍现象带来的好处并不止这些。拥有了多倍基因组,被子植物还能够克服恶劣环境,甚至战胜集群灭绝,这是一个绝对优势。例如,在那场白垩纪末的灭绝事件中,产生了多倍现象的多个被子植物类群都得以幸存,但大量其它动植物都永远消亡了。

      “众所周知,达尔文将被子植物化石记录中表现出来的快速分异现象称作‘讨厌之谜’,现在我们终于一步步揭开了它,”de Pamphilis说。“我们从前说,大部分被子植物都得益于远古时代的基因多倍现象。现在通过追本溯源,我们有信心承认,所有的被子植物都来源于基因多倍化,这几次多倍化现象可称作开花植物的‘宇宙大爆炸’”。


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