研究揭示植物基因組倍性變化和適應性進化機制

　　日，中山大學生命科學學院教授施蘇華、副教授何子文團隊以紅樹植物杯萼海桑所在支系為對象，全面分析基因組進化軌跡，探索倍性變化（多倍化-重二倍化過程）在基因組進化中的作用，研究全球氣候變化背景下的植物適應性進化機制。相關成果發表于《自然-通訊》。

　　該研究基于高質量的基因組數據，使用共線性分析、非同義突變率分布以及系統發育分析等方法多管齊下，準確鑒定千屈菜科多倍化事件的特征和位置。結果表明，杯萼海桑和大葉紫薇的共同祖先在距今約六千四百萬年前經歷了全基因組三倍化事件，與白堊紀-古近紀生物大滅絕事件時間重合。

　　研究人員通過整合多個物種的基因組數據，進一步將該全基因組三倍化事件鎖定在兩次相近的物種分化事件之間較為狹窄的一段時間內，這一模式與核心真雙子葉植物早期多樣化相關的γ-全基因組三倍化事件特征相似（均為全基因組三倍化）。相較于簡單的全基因組加倍事件后的一份或兩份拷貝，全基因組三倍化復制基因在基因組上存在更多的保留形式（一份、兩份或三份拷貝），這使得其進化過程可被逐對比較分析，因此全基因組三倍化是研究多倍化的理想模式。

　　進一步的染色體演化分析結果表明，紅樹植物相對于近緣陸生種在全基因組三倍化之后經歷了更大規模的染色體重排、融合和斷裂事件，以達到當前的結構。在基因層面，通過多組織比較轉錄組學和分子進化分析，研究人員發現近期全基因組三倍化保留基因在序列分化外也出現了較大程度的表達分化，這意味著其發生新功能化和亞功能化。而保留多份拷貝的同源基因被檢測出經歷過更強的選擇作用，且與根系發育和高鹽耐受等適應性狀密切相關，更具適應潛力，加速植物在新環境下的適應性進化。

　　考慮到倍性變化在基因組進化中的潛在作用，研究人員結合新發現的基因組學證據，進一步提出了一個關于多倍化-重二倍化過程的框架模型，用以闡明植物在全球氣候環境劇變和恢復期間的適應性進化，通過基因組冗余減少、基因分化和染色體重排等方式，重二倍化能使多倍化后的植物基因組恢復穩定，為之后被子植物類群的生物多樣性發展奠定基礎。

　　該研究整合了高質量的基因組、轉錄組和群體基因組數據，分析了紅樹植物杯萼海桑所在支系的基因組進化軌跡，并在基因組學證據的基礎上，提出了多倍化-重二倍化過程的框架模型，揭示全球氣候變化背景下的植物基因組倍性變化和適應性進化機制。