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深圳市仙湖植物园在早期种子植物演化问题上取得重要进展

  由深圳市中国科学院仙湖植物园万涛副研究员、王晓明教授级高级工程师牵头,联合包括中-非联合研究中心、兰科中心、Novogene、英国皇家邱园、中科院植物所、武汉大学等10余家国内外知名院所开展的裸子植物——“买麻藤全基因组计划”目前取得要进展。相关研究成果于2018年1月29日在国际顶尖学术权威刊物自然出版集团子刊《Nature Plants》杂志以封面长文形式在线发表。题目为“A genome for gnetophytes and early evolution of seed plants”。同时来自Arizona University的知名基因组进化研究专家Michael S. Barker专门撰文评述该项研究工作及意义。

  裸子植物和被子植物的起源、分歧及演化,是现代植物学科的基础热点领域。现存35万余种种子植物被分成苏铁类、松柏类、银杏、买麻藤类(裸子植物)和有花植物(被子植物)五大类。其中被喻为“百年之谜”的买麻藤类植物,因其独有的形态特征以及历史研究背景,一直受到世界植物学家的广泛关注。一个多世纪来,对买麻藤类植物的系统分类地位持续争论,不同假说层出不穷,迄今仍未有定论,号称百年之争。项目组通过对接近4.5G的买麻藤(G.montanum)进行全基因组测序组装,同时结合转录组数据,对现今发表的17种代表性陆地植物进行了全基因组比较及相关分析。研究发现,买麻藤的基因组特征显著区别于其他已报道的种子植物(针叶树、银杏、被子植物),在某些特定的特征上如内含子、复序列进化模式和现存最古老被子植物无油樟‘相似’。此外,买麻藤在种子植物保守功能基因集合(现存种子植物共享)呈现出非常古老的状态,暗示并未发生剧烈的家族扩张和收缩。

  文章从基因组层面,全面分析并呈现了买麻藤独有的‘特质’,帮助我们对种子植物共同祖先的特定基因组特征进行了推演和讨论,同时也为目前作为针叶树(Conifers)姐妹群的假说(‘Gnepine’,‘Gnecup’or‘Gnetifer’)提供新的思考和视角,暗示了种子植物早期演化比我们想象中更为复杂。

  该基因组研究计划受到深圳市科技创新委员会、深圳市城市管理局、中国科学院中-非联合研究中心的资助和大力支持。

深圳市仙湖植物园在早期种子植物演化问题上取得重要进展

图:基于现有种子植物系统关系的各个代表分支的基因组特征及产生原因

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