香蕉、蘆筍、椰子等重要的園藝作物，以及水稻、小麥、玉米等大宗糧食作物，都屬于單子葉植物。單子葉植物的形態(tài)特征比如根、葉脈等，明顯區(qū)別于其它被子植物，其祖先的早期起源是植物演化生物學(xué)研究熱點(diǎn)。
　　近日，中國(guó)科學(xué)院武漢植物園（以下簡(jiǎn)稱武漢植物園）研究團(tuán)隊(duì)與法國(guó)合作者公布了單子葉植物最早期分支菖蒲目中的重要水生藥用植物石菖蒲的基因組，研究揭示了單子葉植物祖先早期基因組演化過程和規(guī)律。相關(guān)成果發(fā)表于《自然-植物》。
　　論文第一作者、武漢植物園副研究員石濤介紹，許多基部單子葉植物，如菖蒲目、澤瀉目、水鱉目等，大多都是水生、濕生植物，因此，有科學(xué)家提出，單子葉植物祖先起源于水生環(huán)境。然而，這一推測(cè)始終缺乏古生物學(xué)和基因組演化的證據(jù)支持。
　　“菖蒲目是單子葉植物中現(xiàn)存最早的分支類群，與其它所有單子葉植物互為姐妹類群?！?石濤表示，這一特殊“地位”使得菖蒲目物種成為探討和揭示單子葉植物早期演化過程的重要材料。
　　武漢植物園與法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境研究院合作，利用PacBio和Hi-C技術(shù)完成了石菖蒲全基因組測(cè)序和染色體水平的組裝。研究人員通過與其他單子葉植物的全基因組比較分析發(fā)現(xiàn)，石菖蒲僅經(jīng)歷過1次獨(dú)立的古多倍化事件并伴隨有亞基因組優(yōu)勢(shì)效應(yīng)。
　　“在單子葉植物輻射分化過程中，全基因組重復(fù)或古多倍化現(xiàn)象十分普遍，它也被認(rèn)為是推動(dòng)物種多樣化和適應(yīng)環(huán)境的關(guān)鍵機(jī)制之一?！笔瘽忉?，古多倍化數(shù)量越多，物種多樣性就越高。
　　石濤表示，石菖蒲基因組結(jié)構(gòu)演化和氨基酸序列替換速率都表現(xiàn)出緩慢和保守的特征，這也印證了團(tuán)隊(duì)此前的推測(cè)，越是基部物種，演化越是保守。另外，進(jìn)一步的相關(guān)性分析顯示，各物種基因組共線性結(jié)構(gòu)的相對(duì)保守性與其序列替換速率和基因組加倍次數(shù)顯著相關(guān)，這也可能是石菖蒲基因組結(jié)構(gòu)演化相對(duì)較慢的原因。
　　過去的研究證明，擬南芥中的DOT3基因如果功能缺失，會(huì)導(dǎo)致幼苗和初生根生長(zhǎng)方面存在缺陷，并在幼葉中產(chǎn)生異常的平行脈紋。“如今我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)基因在單子葉植物和水生睡蓮目植物中都發(fā)生了丟失，這可能與這兩個(gè)類群的平行/掌狀葉脈和初生根退化等特殊性狀相關(guān)?！笔瘽f。
　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-022-01187-x
　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2022-07-28 第1版 要聞）