全球開花植物的“宇宙大爆炸”

　　全球30多萬種形形色色的開花植物，其演化多樣性可能很早之前就飛速發展了。來自美國賓州大學的C。 de Pamphilis教授聯合諸多科學家，發現植物的基因組早在幾億年前就起源了，比我們估計的早了2億年。

多倍體花朵有豐富的多樣性

　　研究還認為，2億年前的植物基因多樣性大爆發可能為以后開花植物的多樣性起了鋪墊作用。研究小組為我們提供了豐富的基因數據和準確的演化時間表，這些資源可能改變生物學家對植物演化，特別是開花植物演化的看法。這項成果將發表在《自然》雜志上。

　　“我們起初做了相當詳盡的基因組探究工作，材料包括9種已知的植物基因組和數百萬個開花植物新序列，”de Pamphilis說。“可以肯定的是，在開花植物的歷史上，發生了一個或數個重大突變，并為它們日后的多樣性做了鋪墊。更值得注目的是，這些重大變化是由同一機制引起的，并非個別因素。”

　　分析過了基因組的證據后，研究小組又投入研究了多倍性基因突變的兩個實例，正是多倍性的出現改寫了開花植物演化史。“多倍性是基因突變的產物，植物獲得了雙倍或多倍的遺傳載體，”賓州大學學生，研究的第一作者Y。Jiao說。“跟脊椎動物不同，植物基因出現多倍化是不會致命的，相反還能帶來好處。”。在傳代過程中，那些多出來的基因會漸漸消失，然而有些多倍基因會產生新功能，為其它原有的序列“排憂解難”，使得整個基因組更有效率、更精細化。

　　雖然很久以前，植物基因組開始演化的時候，多倍現象就已經產生了，但生物學家們認為開花植物的多倍性在1。2-1。5億年前才逐漸出現。實際上，有跡象表明開花植物多倍性比我們估計的更早。研究小組發現了兩個遠古時期植物基因組的重大事件：其一是3。2億年前種子植物祖先的多倍現象，其二則是1。92-2。1億年前被子植物的多倍現象，這幾乎比我們以前估測的早了2億年。

　　De Pamphilis教授認為，這幾次多倍現象可能推動了植物基因組的“文藝復興”，現在萬紫千紅的植物世界就是很好的證明。“數億年前的多倍化使得植物基因組精彩紛呈，被子植物們抓住了機會，變得如此豐茂和精美。”他的研究團隊目前已經能追蹤被子植物關鍵基因的演化了。“這些新基因，有的能帶來實實在在的革新，最終成為調節花朵發育的中流砥柱。如果沒有多倍化，就沒有新基因，開花植物就不會像今天這樣繁榮興盛。”他總結道。

　　兩次多倍現象帶來的好處并不止這些。擁有了多倍基因組，被子植物還能夠克服惡劣環境，甚至戰勝集群滅絕，這是一個絕對優勢。例如，在那場白堊紀末的滅絕事件中，產生了多倍現象的多個被子植物類群都得以幸存，但大量其它動植物都永遠消亡了。

　　“眾所周知，達爾文將被子植物化石記錄中表現出來的快速分異現象稱作‘討厭之謎’，現在我們終于一步步揭開了它，”de Pamphilis說。“我們從前說，大部分被子植物都得益于遠古時代的基因多倍現象。現在通過追本溯源，我們有信心承認，所有的被子植物都來源于基因多倍化，這幾次多倍化現象可稱作開花植物的‘宇宙大爆炸’”。

　　原文出處：

　　Nature  doi：10.1038/nature09916

　　Ancestral polyploidy in seed plants and angiosperms