石松類（如鱗木類）、早期蕨類（如枝蕨類）和前裸子植物（如古羊齒類）建立了最早的陸地森林植被，主導陸地植物生態系統長達億萬年，是古生代主要的成煤植物，也是中生代植食性恐龍的重要食物來源。蕨類植物是植物大尺度宏演化過程的關鍵類群，也是古氣候變化和生態環境的直接見證者。蕨類植物至今仍是陸地植物生態系統的重要組成部分，也是僅次于被子植物的第二大維管植物類群（約有10600種）。已有研究認為，伴隨被子植物在白堊紀的崛起，其他陸地植物類群包括裸子植物和蕨類等逐漸式微；以被子植物為主的森林的建立為蕨類植物提供了蔭生生境，觸發了蕨類植物在晚白堊紀-新生代時期在被子植物“陰影下”的多樣化。然而，發現于中國東北地區的下白堊統（129.4-113 Ma）真水龍骨類化石和近年來不斷發現的緬甸水龍骨類琥珀化石（99-100.5 Ma）暗示水龍骨類在早白堊紀晚期已多樣化。
水龍骨目（Polypodiales，又稱為水龍骨類polypods）是現生蕨類植物的核心類群，包括28科253屬8700多種，占蕨類物種總數的80%以上。迄今，水龍骨目內科級關系仍未得到解決或支持不足，主要譜系的起源、分化時間估算存在爭議。中國科學院昆明植物研究所研究員李德銖團隊近年來致力于維管植物的植物系統發育基因組學研究。該團隊聯合美國密蘇里植物園教授Li-Bing Zhang、美國史密森尼研究院國家自然歷史博物館教授Jun Wen、臺灣清華大學博士Li-Yaung Kuo、巴西里約熱內盧植物研究所博士Claudine M. Mynssen和中科院西雙版納熱帶植物園研究員Harald Schneider等，對水龍骨目全部28科109屬（43%的屬）208種進行取樣，利用第二代測序技術新獲取27科100屬160種的質體基因組序列。在重新評估中國東北地區早白堊紀水龍骨類化石和緬甸白堊紀水龍骨類琥珀化石的基礎上，利用系統發育基因組學方法和多種分析策略，包括罰分似然算法和貝葉斯推斷算法及三種不同的分子定根策略的組合，對水龍骨目的科級系統發育關系進行重建、并對其早期演化歷史進行推演。
研究表明，基于質體基因組的系統發育分析較好地解析了水龍骨目深層系統關系，其6個亞目（主要分支）和絕大多數科間關系均獲得高度支持（圖1）。六種不同分析展現的水龍骨目早期多樣化模式大體一致（圖2）；不同分析策略主要對水龍骨目最深層節點的時間估算產生顯著影響，對核心的真水龍骨類（eupolypods）的分化時間估算則影響不大（圖3）。總體來看，水龍骨目的起源可追溯至三疊紀，主要分支在侏羅紀均已出現；侏羅紀晚期至早白堊紀時期水龍骨目的演化速率明顯升高，真水龍骨類發生輻射演化，其大部分科在這一時期起源（圖2和3）。研究人員通過比較水龍骨目和被子植物（Li et al. 2019. Nature Plants）的早期多樣化模式，推測水龍骨目和被子植物在白堊紀陸地革命（Cretaceous Terrestrial Revolution）前期同時發生多樣化，兩者的起源時間均應早于白堊紀。
該研究揭示的水龍骨目和被子植物同期多樣化的模式，有利于深刻認識陸地植被革命如何塑造現今生態系統。相關研究成果以Simultaneous diversification of Polypodiales and angiosperms in the Mesozoic為題，于近期發表在Cladistics上。昆明植物所種質資源庫博士杜新宇和副研究員盧金梅為論文的共同第一作者，李德銖、Harald Schneider和盧金梅為論文的共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金項目、中科院戰略性先導科技專項等的資助。