科學(xué)家破解豆科植物幸存“密碼”

近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所科研人員參與的豆科系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)和根瘤菌固氮共生演化研究取得新進(jìn)展。相關(guān)研究破解了豆科植物在“恐龍大滅絕”時期得以幸存并繁衍成為被子植物最成功的類群之一的“密碼”。

研究顯示，豆科的祖先起源于大約距今6700萬年前，即“恐龍大滅絕”時期。這一時期，包括裸子和蕨類植物等在內(nèi)的大約五分之三的物種發(fā)生滅絕，豆科卻得以幸存。豆科植物與根瘤菌共生固氮體系，是自然界固氮效率最高、固氮量最大的生物固氮系統(tǒng)，每年可以固定17.2×107噸氮元素。

通過國際合作廣泛取樣、大規(guī)模RNA測序或淺層DNA測序，科研團(tuán)隊(duì)新獲得391個豆科物種的700多萬核基因轉(zhuǎn)錄本的序列數(shù)據(jù)，結(jié)合其他已發(fā)表的基因序列數(shù)據(jù)集，覆蓋豆科所有的6個亞科59個族或族級分支的共計(jì)463種。

基于這些數(shù)據(jù)，科研人員得到高解析和高支持的豆科系統(tǒng)樹，解決一些長期存在爭議的系統(tǒng)關(guān)系。同時，在豆科中鑒定到28次全基因組二倍化或者三倍化加倍事件;并針對豆科亞科之間多個異源多倍化的假說進(jìn)行65個豆科物種數(shù)據(jù)的比較分析，支持豆科祖先經(jīng)歷多倍化。

研究表明，豆科早期全基因組復(fù)制事件可能為穩(wěn)定有效的固氮根瘤提供豐富的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，為一系列生理、生態(tài)性狀的演化提供內(nèi)在條件。同時，“恐龍大滅絕”時期物種大滅絕為豆科物種提供了更多的生態(tài)位，以及豆科穩(wěn)定高效的固氮能力協(xié)同促進(jìn)自身物種的多樣化進(jìn)程，使之最終演化成為一個成功的被子植物類群。這一研究為了解新生代物種多樣性提供了重要的視角。