上海辰山植物园科学家重构蕨类植物生命之树

本报讯蕨类植物被称为地球自然史上的奇迹，一旦出现，广阔的地球将展现绿色的活力。在3.6亿年的地质历史中，蕨类植物经历了几次生物灭绝和繁荣，并且一直延续到今天，有着复杂的谱系关系。

近年来，科学界对这组最古老的陆生维管植物的进化史表现出极大的兴趣。特别是自分子生物学兴起以来，科学家们试图用不同的基因片段来构建蕨类植物的亲缘关系，但一直没有得到稳定的支持，难以获得合理的形态学解释。

为了克服这一世界性难题，上海陈山植物园(中国科学院上海陈山植物科学研究中心)和中国科学院植物研究所联合进行了大规模蕨类植物转录组测序。经过4年对世界蕨类植物PPG系统38科11目69种的高质量转录组数据的取样、测序和分析(包括秦仁昌系统的大量其他科)。考虑到蕨类植物大多是大基因组和古老多倍体的遗传特征，研究者放弃了传统的低拷贝基因构建方法，直接采用大规模直向同源基因构建系统树的策略。分别使用1334个(物种覆盖率90%)和2391个(物种覆盖率75%)直向同源基因构建了两个超基因序列矩阵，最终获得了两个完全一致的高支持度拓扑结构。

同时，研究人员还采用了多种方法相互验证拓扑结构，并验证了核苷酸序列和氨基酸序列等多种组合方法。研究结果证实，木贼目和蕨类植物的其他成员是姐妹群，而短柄木贼科和真水蕨科是过去长期争论的焦点。一系列新发现将为重建现有蕨类植物分类系统提供参考。

据报道，相关研究成果已在国际综合期刊《GigaScience》上发表。通信作者严研究员说，本研究基于稳定的系统发育关系，重建了蕨类孢子囊这一独特器官的祖先特征，追溯了蕨类孢子囊的进化路线，修正了英国蕨类植物学家鲍尔1923-1928年提出的孢子囊形态进化假说。新的性状进化路线为蕨类植物谱系分化提供了合理的解释。专家认为，论文中的大型蕨类植物转录组测序数据也将同时发布，这将为促进早期陆生植物的进化生物学研究提供大量基础数据。(黄鑫)

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017年12月18日)