深圳子科生物報道：福建農(nóng)林大學(xué)張亮生課題組及其合作者本周在《Nature》雜志上發(fā)表了題為“The water lily genome and the early evolution of flowering plants”的論文，報告了藍(lán)星睡蓮（Nymphaea colorata）的基因組，并通過其基因組和轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果展示了早期被子植物的進(jìn)化特征。

（圖片來源：田納西大學(xué)）

睡蓮一直是藝術(shù)家眼中的寵兒，在繪畫和雕塑等藝術(shù)領(lǐng)域?qū)乙姴货r。在古埃及，睡蓮與中國的荷花一樣，被視為圣潔、美麗的化身。法國印象派大師莫奈曾以睡蓮為主題創(chuàng)造了一組畫。

在這項(xiàng)研究中，作者利用PacBio RSII SMRT測序技術(shù)獲得了藍(lán)星睡蓮的高質(zhì)量基因組（409 M）。系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果表明，睡蓮和無油樟（Amborellales）是早期的兩個開花植物譜系，這可能是由于大約一億多年前（1.47-1.85億年）的全基因組復(fù)制事件。

開花植物，也稱為被子植物，是陸地上種類zui多的一類植物。目前有64個目，416個科，大約13,000個屬和300,000個已知物種。睡蓮科植物是古老的雙子葉植物，也有某些單子葉植物的特征。因此研究它在被子植物中的進(jìn)化具有十分重要的意義。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，藍(lán)星睡蓮的ABCE基因在各個花器官中廣泛表達(dá)，這表明了花發(fā)育的古老ABCE模型。早期被子植物的ABCE基因可能廣泛表達(dá)，隨著核心雙子葉植物的進(jìn)化，基因表達(dá)和功能可能由更專門的ABCE基因來調(diào)控。這也解釋了睡蓮的萼片和花瓣沒有真正意義上的分化，與原始被子植物的花相似。

美國田納西大學(xué)植物科學(xué)系的陳峰教授及其團(tuán)隊也參與了此項(xiàng)研究，他也是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的客座教授。這個團(tuán)隊致力于分析睡蓮中花香生物合成的遺傳基礎(chǔ)。“吸引傳粉媒介的花香對植物的多樣性以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都是至關(guān)重要的，”他說。

根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的統(tǒng)計，世界上75%的開花植物和35%的糧食作物都依靠昆蟲等動物來傳粉和繁殖。許多傳粉的動物都依靠花香來定位植物的花朵。“無油樟的花是沒有香味的，因此，了解開花植物如何進(jìn)化出香味很有意思，”陳教授說。他在2013年參與發(fā)表了無油樟的基因組。

“睡蓮已經(jīng)進(jìn)化出誘人的花香和顏色，這是核心被子植物共有的特征，”陳教授指出。“我們分析的化學(xué)成分和生物合成基因表明，睡蓮的香味與核心被子植物平行進(jìn)化。由于其*的系統(tǒng)發(fā)育位置，花香生物合成及其他性狀揭示了所有被子植物的早期進(jìn)化特征。”（生物通 薄荷）

原文檢索

Zhang, L., Chen, F., Zhang, X. et al. The water lily genome and the early evolution of flowering plants. Nature (2019) doi:10.1038/s41586-019-1852-5