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武汉植物园在植物适应水生环境的分子机制研究取得新进展

  水生植物是植物适应水生环境的特殊类群,在地球上现存的被子植物中约2%为水生类型。生命海洋起源说为公众熟知,但绝大多数水生植物类群却由陆生植物适应水环境经过了约200次独立演化而来,在全球分布的被子植物中有24个目、83个科含有水生植物类群。植物由陆生到水生的演化过程、形态和结构特征的变化、适应水生环境的遗传学机制等问题一直是植物进化生物学家们关注的热点。

  泽泻目是已知的水生植物分布最为集中的一大类群,包含了所有海生高等植物和分布广泛且具多种生活型的淡水水生植物,是研究植物适应水生(海生)环境演化过程的理想材料。武汉植物园王青锋研究团队与中国药科大学、复旦大学、慕尼黑大学、德克萨斯州大学的相关研究人员合作开展了泽泻目植物适应水环境的分子机制研究,对中国、美国、澳大利亚和欧洲分布的59种泽泻目植物进行了广泛取样,完成了转录组测序、核基因和叶绿体基因的系统进化分析。研究结果表明,泽泻目植物经历了从陆生向淡水生、再到海生的演化过程,核心泽泻目、天南星科、岩菖蒲科之间的系统进化冲突主要由不完全谱系筛选与基因渐渗造成,上述类群之间最真实的进化关系是(岩菖蒲科,天南星科) + 核心泽泻目。系统进化和Ks分析共鉴定出18个全基因组复制事件,其中1个发生于核心泽泻目的共同祖先,3个发生于海生类群。对适应水生环境重要基因的分析发现,海生的大叶藻(Zostera marina)大量丢失的光、乙烯相关基因并没有在其它海生和淡水生植物中普遍丢失,烟碱胺合成酶基因在沉水植物和海生植物中发生了扩张,这可能与水生环境(特别是海洋环境) 铁离子含量较低有关。 

  相关研究结果以“Phylogenomic analyses of Alismatales shed light into adaptations to aquatic environments”为题在线发表在进化生物学期刊Molecular Biology and Evolution上。武汉植物园陈凌云和博士生卢蓓、慕尼黑大学Diego F. Morales-Briones为论文共同第一作者,复旦大学黄建勋、武汉植物园陈进明和王青锋为通讯作者。研究工作得到了中国科学院战略先导专项(XDB31000000)、国家自然科学基金(31670226, 32070231)和中国科学院中-非联合研究中心专项经费的支持。 

  论文链接

1 基于1005个核基因构建的泽泻目系统进化树

2 适应水生环境相关基因的演化

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