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新聞動態(tài)
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科研進展
確定生命之樹中物種多樣性和表型差異產生的主要的內部和外部驅動力是進化生物學研究的主要挑戰(zhàn)之一。對于綠色植物，全基因組復制（WGD，或多倍化）是重要的進化驅動力，但仍不清楚WGD是否能與響應氣候變化和新生態(tài)機遇的適應性輻射演化等進化過程一起塑造宏觀進化模式?，F(xiàn)存的裸子植物支系明顯經歷了古輻射演化、大量滅絕事件、超常的形態(tài)停滯和近期多樣化等復雜歷史，但裸子植物進化主要階段的相關性和原因在很大程度上仍不清楚。 依托中國西南野生生物種質資源庫，中國科學院昆明植物研究所伊廷雙和李德銖團隊與美國密西根大學Stephen. A. Smith，佛羅里達大學Pamela A. Soltis和 Douglas E. Soltis，以及賓夕法尼亞州立大學Hong Ma團隊合作開展了裸子植物多樣性宏進化模式的研究。整合新測序的轉錄組數(shù)據(jù)和多類型數(shù)據(jù)，該研究檢驗了裸子植物包括基因和基因組復制，基因組大小和染色體數(shù)目在的基因組進化與表型創(chuàng)新、物種多樣化和氣候生態(tài)位的關系。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨著現(xiàn)存裸子植物主要支系的起源，發(fā)生了WGD和基因組大小變化，裸子植物可能存在一次共有的WGD事件。此外，該研究顯示了基因復制峰與表型創(chuàng)新峰共發(fā)生，第一次在宏觀尺度上證明了基因復制和表型創(chuàng)新的直接關系。 該研究還發(fā)現(xiàn)，自被子植物崛起以來的裸子植物大多數(shù)多樣化變化與WGD事件不相關，而與裸子植物加快占領較干冷氣候環(huán)境相關。這表明，生態(tài)機遇特別是晚新生代的生態(tài)機遇，以及生境異質性驅動了現(xiàn)存裸子植物物種多樣性的復興。本研究深刻理解了裸子植物多樣性和表型進化的過程，對探討植物微觀和宏觀進化的主要驅動力具有廣泛而深刻的啟示意義。 2021年7月19日，該研究成果以“Gene duplications and phylogenomic conflict underlie major pulses of phenotypic evolution in gymnosperms”為題在國際植物學頂級期刊Nature Plants上在線發(fā)表。中國科學院昆明植物研究所Gregory W. Stull博士和山東師范大學生命科學學院曲小健博士為該論文的共同第一作者，李德銖研究員、Stephen. A. Smith教授和伊廷雙研究員為共同通訊作者。該研究得到中國科學院昆明植物研究所植物園，美國加州大學伯克利分校植物園、哈佛大學阿諾德植物園、密蘇里植物園，英國愛丁堡皇家植物園和皇家植物園邱園在材料采集方面給予的幫助。該研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（No. XDB31000000）、中國科學院重大科技基礎設施開放研究項目（No.2017-LSF-GBOWS-02）、國家自然科學基金國際（地區(qū)）合作研究項目（No.31720103903）、云南省云嶺高端外國專家項目（YNQR-GDWG-2017-002，YNQR-GDWG-2018-012）、山東省自然科學基金（ZR2020QC022）、中國科學院院長國際獎學金計劃（No.2020PB0009）以及中國博士后科學基金國際博士后交流項目的支持。
圖1 基于轉錄組數(shù)據(jù)的裸子植物的物種樹，顯示基因復制、染色體數(shù)目變化和基因組加倍與物種多樣性轉變的關系
圖2 裸子植物主要支系同時發(fā)生的基因復制峰和表型創(chuàng)新峰
圖3 裸子植物同時發(fā)生的基因樹沖突峰和表型進化速率峰
圖4 裸子植物主要支系生態(tài)位和物種多樣化的共進化 （責任編輯：李雪）
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