近日，华北理工大学/河北农业大学王希胤课题组在基因组学权威期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics在线发表了题为Paleo-polyploidization in Lycophytes的研究论文。该研究通过识别基因组多重加倍区域，重构现存石松类和种子植物的祖先基因组，首次发现多个古多倍化事件存在石松类植物形成过程中，并发现了石松类比种子植物受更多古多倍化事件影响的痕迹，奠定了古多倍化事件在整个维管植物谱系-种子植物（seed plants）和石松类植物（Lycophytes）类群发生和新种形成过程中的重要地位。这一研究推翻了发表在Science杂志上相关论文关于“石松类植物没有古多倍化”的错误结论。

古多倍化事件被提出是种子植物的关键进化动力，有利于家系分化和快速扩张。然而，作为种子植物的姊妹群，自Science杂志相关论文发表多年以来，石松类植物一直被认为没有经历古多倍化。事实上，古多倍化事件几乎侵占了动物、植物、微生物的所有领域。难道石松类是个例外？种子植物和石松类植物是一对“好姊妹”，一起构成了维管植物，那么这对好姊妹中石松类又如何能“独善其身”呢？

该研究通过石松类模式植物江南卷柏（Selaginella moellendorffii）基因组共线性分析，得到了302个基因组加倍区域，覆盖了超过88%的已组装的全基因组序列（图1），超过多个受古多倍化影响物种的基因组复制区域对全基因组序列的覆盖度，如已普遍认识水稻及祖先在进化史上至少经历了5次多倍化事件，但基因组加倍区域对全基因组的覆盖度也只有78%。这一结果为江南卷柏经历多倍化事件提供了坚实的证据。

图1 石松类模式植物江南卷柏两次较近古多倍化事件的基因组证据

研究中，对基因组复制区域的年龄进行推断，鉴定较近的一次古多倍化事件可能是发生在约一千三百万年前（MYA）。进一步，利用鉴定的最近一次多倍化产生的重复基因组区域，对加倍前的祖先基因组进行重构，然后进行比较基因组学分析，发现其进化过程中存在更古老的多倍化事件，发生在约一亿三千万年前（图2）。同时，研究还将石松类植物祖先与重构的被子植物祖先基因组进行比较分析，发现石松类植物中存在多次古多倍化事件（图2），而且比她的“好姊妹”种子植物还要多！

图2 代表植物系统发育关系与推断的古多倍化事件

华北理工大学王金朋副教授为本文第一作者，中国科学院植物研究所张宪春研究员、加拿大农业部李修庆教授和美国佐治亚大学Andrew H. Paterson教授为合作者参与了本项研究工作，华北理工大学王希胤教授为该研究的通讯作者。

Genomics, Proteomics & Bioinformatics为中科院生物学遗传学领域一区Top期刊，2019年影响因子为7.051。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gpb.2020.10.002

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