揭示草蛉的基因组信息可能有助于解开达尔文的“恼人的谜”

11月26日，《自然通讯》在线发表了兰州大学刘团队的文章《四川金粟兰基因组揭示被子植物早期分化历程》，该文填补了核心被子植物最后一个大分支—— Chrysoleracea的基因组信息，为被子植物的早期进化提供了更详细的证据。

被子植物是地球上分布最广、多样性最高、适应性最强的陆生植物类群，对其他生物类群的进化过程产生了很大影响。但由于早期被子植物的快速辐射演化，其内部演化至今未解，这也被称为达尔文的“恼人之谜”。

目前被子植物分为无油樟、睡莲科、木兰科和核心被子植物。樟科、睡莲科和木兰科是被子植物的基本类群，它们的系统发育关系相对稳定。核心被子植物约占被子植物的99.95%，可分为双子叶、单子叶、木兰、金鱼藻和金粟兰科五大类。它们的进化关系一直存在争议。

近年来，随着各类群代表物种全基因组测序的完成，对它们各自的进化过程有了可靠的证据。刘团队在2020年首次报道了金鱼藻和芡实的基因组，证明了核心被子植物中广泛存在的不完全系谱排序和杂交事件是树冲突的主要原因。然而，目前还没有关于草蛉的基因组报告，其进化过程和整个核心被子植物的进化过程还需要进一步分析。因此，该团队再次利用纳米孔、Illumina和Hi-C技术构建了首个高质量的草蛉(四川草蛉)染色体水平基因组，并运用多种分析方法对上述问题进行了深入解释。

利用各种系统发育基因组学分析，研究团队构建了串联树和祖先树，并评估了长枝吸引、物种选择和同源聚类方法的影响。通过使用多个数据集和多种分析方法，获得了一个高度可靠的拓扑结构，即草蛉和木兰科亲缘关系最近，它们与金鱼藻属的双子叶植物形成姊妹关系，而单子叶植物是所有其他核心被子植物的姊妹分支。

同时，作者还发现了基因树或叶绿体树与物种树之间的大量不一致性，因此着重评估了不完全系谱排序(ILS)和杂交事件对这种冲突的贡献。

此外，本研究还确定了四川金粟兰特有的一个WGD事件，五个被子植物核心分支的倍增事件没有共享。鉴定了与花发育相关的基因家族，分析了其独特花器官的可能形成原因。鉴定了与萜类化合物合成和木质部形成相关的基因家族，为今后研究其简单木质部形成和萜类化合物合成途径的进化提供了基础。

本研究报道了四川金兰的高质量基因组，填补了核心被子植物金兰的基因组信息，通过多种分析策略和方法深入揭示了核心被子植物之间复杂的进化过程。这一成果为早期被子植物的起源、辐射演化和适应性演化提供了数据支持和理论依据。