科学家绘制单子叶植物家族树

黄花葱头是85，000种单子叶植物之一，有着更清晰的家族历史。资料来源:CHELSEA SPECHT

尽管玉米和黄花菜看起来很不一样，但它们有很多共同点。高大的棕榈树和短拖鞋兰花也是如此。由于1.37亿年前有一个共同的祖先，被称为单子叶植物的根、种子甚至叶子看起来非常相似。现在，一项新的基因研究揭示了原因:尽管所有这些植物现在都是“陆地生物”，但它们的祖先曾经生活在水中。[科学报道]

美国密苏里大学的分类学家彼得·史蒂文斯没有参与这项研究，他说这项工作令人信服。"它让你思考单子叶植物特征的起源."

科学家们很难将种子中只有一片胚叶的单子叶植物放到植物进化树上。这种进化树对于理解世界上85，000种单子叶植物的进化关系非常重要。单子叶植物包括玉米和水稻等主要作物、牛吃的草、棕榈树和一些世界上最美丽的花，如兰花和百合。

"在几乎每一个单子叶植物家族中，你都能找到美丽、经济和生态上重要的成员."密苏里州圣路易斯唐纳德·丹佛斯植物研究中心的植物生物学家伊丽莎白·凯洛格没有参与最新的研究，她说。

威斯康星大学麦迪逊分校的进化生物学家托马斯·吉夫尼什(Thomas Givnish)知道建立精确的家谱是多么重要，尤其是对作物育种和基础研究而言。为此，他召集了19位生物学家同事，研究出迄今为止单子叶植物家谱的最明确版本。他们对545种单子叶植物和22种其他植物的叶绿体进行了DNA测序。基于这些植物DNA的相似性，研究小组阐明了它们的家族联系，并估计了每个分支的年龄。“我们有非常有力的证据证明大多数联系。”基夫尼什说。其中，他们的发现包括:香蕉比以前认为的更接近姜和赫里康植物的家谱。

"真正的新奇之处在于他们用来解决整个问题的数据量."史蒂文斯说。大多数关系，包括香蕉和生姜之间的关系，以前都被提到过。

根据吉夫尼什的说法，最引人注目的事情是在家谱的底部。该小组在最近出版的《美国植物学杂志》上报道说，与底部最密切相关的非单子叶植物表明最早的单子叶植物是水生植物。19世纪的植物学家首次提出了这一观点，20世纪90年代几位研究者也探索了这一起源。但是没有人有现在支持它的基因数据。不仅种子，单子叶植物的叶子和根也不同于其他开花植物，水生起源可能解释了这一原因。

例如，单子叶植物的叶子通常有平行的纹理，而其他开花植物的叶子有分枝的纹理。后者使树叶像纸一样薄而坚硬，否则重力会使它们摇晃。但是单子叶植物的水生祖先的叶子被认为是漂浮的，所以它们可以应付不太发达的支持系统。同时，大多数开花植物的叶子通过叶柄与茎相连。

然而，单子叶植物的叶基部经常用一些“手指”钩住茎。像水生植物的根一样，单子叶植物的根显示较少的分枝。同时，大多数单子叶植物是草本而不是木本。如果它们的水生祖先像大多数树一样，每年增加一层年轮，新生长的部分将阻碍从叶子延伸到植物水下部分的空气管道。

史蒂文斯说，研究人员不仅需要比较叶绿体DNA，还需要比较储存在细胞核中的更多DNA。吉夫尼什说这项工作已经在进行中。该团队分析了来自许多物种的500个核DNA基因。他们的最新发现“在很大程度上支持相同的关系模式”，并将在几个月后发表。(宗华)

相关文件信息:DOI:10.1002/ajb2.1178

中国科学新闻(2018-120，第三版国际)