研究破解豆科植物在“恐龍大滅絕”時期幸存密碼

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中新社昆明3月22日電 (記者 胡遠航)中國科學院昆明植物研究所22日發布消息稱，該所科研人員參與的研究團隊在豆科系統發育基因組學和根瘤菌固氮共生演化研究中取得新進展，破解豆科植物在“恐龍大滅絕”時期得以幸存并繁衍成為被子植物最成功的類群之一的“密碼”。

豆科是開花植物中最大的科之一，有約765屬近20000種，貢獻全球27%的作物產量。研究顯示，豆科的祖先起源于大約距今6700萬年前，即“恐龍大滅絕”時期。這一時期，包括裸子和蕨類植物等在內的大約五分之三的物種發生滅絕，豆科卻得以幸存。豆科植物與根瘤菌共生固氮體系，是自然界固氮效率最高、固氮量最大的生物固氮系統，每年可以固定17.2×107噸氮元素。

近日，中國科學院昆明植物研究所研究員伊廷雙、復旦大學副研究員黃建勛、美國賓夕法尼亞州立大學教授馬紅等團隊共12位研究人員，通過國際合作廣泛取樣、大規模RNA測序或淺層DNA測序，新獲得391個豆科物種的700多萬核基因轉錄本的序列數據，結合其它已發表的基因序列數據集，覆蓋豆科所有的6個亞科59個族或族級分支的共計463種。

基于這些數據，科研人員得到高解析和高支持的豆科系統樹，解決一些長期存在爭議的系統關系。同時，在豆科中鑒定到28次全基因組二倍化或者三倍化加倍事件；并針對豆科亞科之間多個異源多倍化的假說進行65個豆科物種數據的比較分析，支持豆科祖先經歷多倍化。

研究表明，豆科早期全基因組復制事件可能為穩定有效的固氮根瘤提供豐富的遺傳物質基礎，為一系列生理、生態性狀的演化提供內在條件。同時，“恐龍大滅絕”時期物種大滅絕為豆科物種提供更多的生態位，及豆科穩定高效的固氮能力協同促進自身物種的多樣化進程，使之最終演化成為一個成功的被子植物類群。