金粟蘭目基因組信息被揭示 或可助解開達爾文“惱人之謎”

科技日報訊 （記者頡滿斌）11月26日，《自然·通訊》在線發表了來自蘭州大學劉建全團隊的文章《四川金粟蘭基因組揭示被子植物早期分化歷程》，填補了核心被子植物最後一個主要分枝——金粟蘭目的基因組信息，並對被子植物的早期演化歷程提供了更為翔實的證據。

被子植物是地球上分佈範圍最廣、多樣化最高、適應性最強的陸生植物類羣，極大地影響了其他生物類羣的演化進程。然而，由於被子植物在早期經歷了快速的輻射進化，其內部演化關係遲遲未被解決，這一問題也被稱為達爾文的“惱人之謎”。

目前被子植物被劃分為無油樟目、睡蓮目、木蘭藤目和核心被子植物。無油樟目、睡蓮目、木蘭藤目是被子植物的基部類羣，系統發育關係相對穩定，而核心被子植物包含了約99.95%的被子植物，又可被劃分為雙子葉、單子葉、木蘭類、金魚藻目和金粟蘭目5大類羣，它們之間的演化關係一直存在爭議。

近年來，隨着各類羣代表物種的全基因組測序相繼完成，其各自的進化歷程均有了可靠的證據。劉建全團隊在2020年首次報道了金魚藻和芡實的基因組，證明了核心被子植物內部存在廣泛的不完全譜系分選和雜交事件是導致樹形衝突的主要原因。但是金粟蘭目一直未有基因組報道，其演化歷程以及整個核心被子植物的演化過程還有待深入分析。為此，該團隊再次利用Nanopore、Illumina和Hi-C技術，構建了第一個金粟蘭目植物（四川金粟蘭）的高質量染色體級別基因組，並使用多種分析方法對上述問題進行了深入的闡述。

通過使用多種系統發育基因組學分析，研究團隊進行串聯樹和溯祖樹的構建，同時評估長枝吸引、物種選擇和同源聚類方法等的影響，使用多套數據集合和多種分析方法，獲得了高可信度的拓撲結構，即金粟蘭目和木蘭類具有最近的親緣關係，且它們一起與金魚藻目+雙子葉植物構成姊妹關係，而單子葉植物是其他所有核心被子植物的姊妹枝。

同時，作者也發現了大量的基因樹或葉綠體樹與物種樹不一致的情況，因此着重評估了不完全譜系分選（ILS）和雜交事件對此衝突的貢獻。

此外，本研究還鑑定了四川金粟蘭獨有的一次WGD事件，同時5大核心被子植物分枝的加倍事件都不共享；鑑定了花發育相關的基因家族，解析了其特有花器官的可能形成原因；鑑定了萜類合成和木質部形成相關的基因家族，為今後研究其簡單木質部形成和萜類物種合成通路演化提供了基礎。

該研究報道了高質量的四川金粟蘭基因組，填補了核心被子植物金粟蘭目的基因組信息，並通過多種分析策略和方法，深入揭示了核心被子植物間的複雜演化歷程。該成果對於早期被子植物的起源、輻射進化以及適應性演化提供數據支撐和理論基礎。