裸子植物物種多樣化和表型進化研究新進展

　　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與外部驅動力是進化生物學研究的挑戰之一。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WGD是否能與響應氣候變化和新生態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尚不清楚。現存的裸子植物支系明顯經歷了古輻射演化、大量滅絕事件、超常的形態停滯和近期多樣化等復雜歷史，而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晰。

　　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研究員伊廷雙和李德銖團隊、美國密西根大學教授Stephen. A. Smith、美國佛羅里達大學教授Pamela A. Soltis和Douglas E. Soltis，以及美國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據和多類型數據，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目在的基因組進化與表型創新、物種多樣化和氣候生態位的關系。研究顯示，伴隨著現存裸子植物主要支系的起源，發生了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，該研究還闡明了基因復制峰與表型創新峰共發生，第一次在宏觀尺度上證明了基因復制和表型創新的直接關系。

　　研究發現，自被子植物崛起以來的裸子植物大多數多樣化變化與WGD事件不相關，而與裸子植物加快占領較干冷氣候環境相關。這表明，生態機遇特別是晚新生代的生態機遇，以及生境異質性驅動了現存裸子植物物種多樣性的復興。該研究深刻探究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啟示意義。

　　7月19日，相關研究成果以Gene duplications and phylogenomic conflict underlie major pulses of phenotypic evolution in gymnosperms為題，在線發表在Nature Plants上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項、中科院重大科技基礎設施開放研究項目、國家自然科學基金國際（地區）合作研究項目、云南省云嶺高端外國專家項目、山東省自然科學基金、中科院院長國際獎學金計劃以及中國博士后科學基金國際博士后交流項目的支持，并獲得昆明植物所植物園，美國加州大學伯克利分校植物園、美國哈佛大學阿諾德植物園、美國密蘇里植物園、英國愛丁堡皇家植物園和英國皇家植物園邱園在材料采集方面給予的幫助。

圖1.基于轉錄組數據的裸子植物的物種樹，顯示基因復制、染色體數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生的基因復制峰和表型創新峰

圖3.裸子植物同時發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位和物種多樣化的共進化