《The Plant Cell》：原禾基因组研究揭示禾本科植物早期演化历史 - {$web_name} 表现出了广泛的生态适应性

基于480个单拷贝核基因兴办的禾本科操控系统发育树和时间标定

禾本科小穗发育有关基因FZP和MADS-box基因家族的演化
（神秘的地球uux.cn报导）据中国西南野生生物种质资源库（作者：马朋飞，刘云龙）：禾本科（Poaceae）是被子植物的第五大科，约有770属12000种，也是与人类生产和日常关系最为密切、最具经济价值的大科。该科植物含有我们赖以生存的贾玲相关演员阵容引关注首要粮食作物、饲料如水稻、小麦、玉米、高粱和各式牧草，还有其它有重大经济价值的物种如芦苇、芒、甘蔗和竹子。该科植物另外具有重大的生态价值，表现出了广泛的生态适应性，从森林到草原、沼泽到荒漠、高山到北极都可见其身影。早期的植物分类操控系统将禾本科分为2-6个亚科，含有竹亚科、早熟禾亚科、汇总专题假淡竹叶亚科、芦竹亚科、虎尾草亚科和黍亚科等，其中竹亚科除了木本竹子外，还含有稻族和一些草本竹子类群。近十年来的分子操控系统学探究将禾本科确认成12个亚科，其中最初分化出来的3个基部亚科此前一直被置于竹亚科，其余的9个亚科组成了核心禾草支系。普遍的禾本科植物及广泛种植的农作物均来自于核心禾草类，现有的最新泰勒解读禾本科遗传学、基因组学和进化探究都集中于此，而操控系统演化位置核心的基部禾草则缺乏留意。在早期的分类操控系统中，基部的3个亚科的物种由于在形态和解剖学特征上与草本竹类相似，均持久被置于竹亚科中。这3个亚科仅有约27个物种，却保留了众多的禾本科祖先性状，是确认该科特有性状起源演化的核心环节。 
中国科学院昆明植物探究所李德铢探究员带领的探究团队，多年来致力于竹子的谢娜相关官宣消息引关注分类学、操控系统发育和基因组学探究。随着探究的不断透彻，探究岗位已从竹亚科的木本竹类逐步扩展到草本竹子以及禾本科基部类群。最近，该探究团队在确认二倍体草本竹子和六倍体木本竹子基因组，并据此揭示竹亚科异源多倍化历史的基础上，依托中国野生生物种质资源库，开展了禾本科基部类群原禾属（Pharus）的基因组测序和进化基因组学探究。原禾属是禾本科最初分化出来的两个亚科之一，分布于中南美洲的热带森林区域，也是禾本科中最初演化出来小穗结构的类群。小穗是在禾本科植物演化形成的独特的花部结构，其形态特征与农作物的产量密切有关。 
探究团队运用三代PacBio测序技术和Hi-C技术获得了原禾属植物Pharus latifolius染色体级别的参考基因组序列，组装基因组大小为1.0 Gb，经过各式方法评估测试了基因组的可靠性和精确性。与禾本科普遍植物如水稻、高粱以及二穗短柄草的参考基因组等相比，P. latifolius基因组较大，与其更古老的重复序列插入有关，并且蛋白质编码基因第三位密码子的GC含量分布与核心禾本科类群各异，却与禾本科近缘类群相似，显示出其基因组特征的古老性。另外，该物种的分子进化速率也远低于禾本科核心类群。运用基因组共线性、重复基因同义替换率和兴办操控系统树等综合确认，揭示了P. latifolius在进化历史中发生了全基因组加倍（Whole-genome duplication, WGD）事情，并且证实该加倍事情与核心类群所共享，即禾本科的ρ-WGD事情，并推断出其发生在白垩纪（约98.2个百万年前）。之后大约8百万年，原禾属所代表的支系与其它核心类群发生分化。但是，ρ-WGD之后的二倍化过程在基部和核心禾草两大支系中表现出巨大差异，核心禾草支系历程了更快的重复基因丢失和更多染色体水平的变异，这或许与核心支系发生了形成更多物种的辐射分化有关。在进化基因组学确认的基础上，探究团队还重点确认了与小穗发育有关的FRIZZY PANICLE (FZP)基因和MADS-box基因家族的转录表达状况与演化历史。察觉FZP基因在P. latifolius中有两个拷贝，其中一个拷贝与来自竹亚科毛竹的基因构成姐妹群，而在其它核心类群中均为单个拷贝，另外察觉MADS-box家族编码基因数目的增多直接与ρ-WGD事情有关，这为后续的特性测试并最后确认禾本科小穗这一核心农艺性状起源演化的遗传机制提供了基础。 
该探究成果以“The Pharus latifolius Genome Bridges the Gap of Early Grass Evolution”为题在海外植物学顶级期刊The Plant Cell发表。昆明植物探究所种质资源库马朋飞博士和刘云龙博士为论文共同第一作者，李德铢探究员为通讯作者。该探究得到了中国科学院战略性先导技术专项（No. XDB31000000）、全国自然科学基金项目（No. 31770239）和中国科学院青年合作会（No. Y201972）项目的扶持。