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化石證據揭示被子植物古多倍化演化機制

2026年04月20日 西雙版納熱帶植物園
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多倍化(全基因組加倍)是被子植物物種形成與演化的重要驅動因素之一。長期以來,學界對古多倍化的認識多依賴于分子數據推斷,在被子植物中缺乏可靠的古多倍體化石證據。

中國科學院西雙版納熱帶植物園等研究團隊,選取西藏芒康(晚始新世,~34.6Ma),西藏南木林(中中新世,~15Ma)及云南渾水塘、慶福村、鶴慶紅園(晚上新世,3.6Ma–2.58Ma)的殼斗科櫟屬高山櫟組化石角質層開展研究。研究發現,西藏南木林化石的氣孔尺寸顯著大于其他地區化石及現生親緣種。鑒于植物氣孔大小與基因組大小呈顯著正相關,氣孔尺寸可作為估測古基因組大小的有效指標。

研究團隊結合42種種子植物及已發表的139種被子植物的氣孔與基因組大小數據,完善二者正相關關系曲線,進而估算5個植物群高山櫟組化石的古基因組大小。結果顯示,西藏南木林化石基因組大小遠高于其他化石及現生二倍體高山櫟組植物,其比值處于四倍體與二倍體基因組大小比率區間。據此推測,高山櫟組植物晚始新世為二倍體,中中新世或發生古多倍化事件成為四倍體,該四倍體后續大概率滅絕,使晚上新世至今僅存二倍體類群。

研究指出,西藏南木林古多倍化事件或為植物應對脅迫環境的響應。中中新世時期,西藏南木林地區短期內氣候劇變,伴隨岡底斯山脈快速隆升,區域降溫干旱,植被從落葉闊葉林迅速演替為硬葉高山櫟灌叢。多倍體的抗逆特性助力高山櫟在環境劇變中存續,而該四倍體最終可能因 “少數倍性劣勢” 難以擴散走向滅絕。此外,夏櫟、無?;底匀蝗后w中的三倍體記錄,以及栓皮櫟高溫誘導2n花粉的實驗證據,均表明櫟屬植物具備多倍化潛力。

此次發現的高山櫟組古多倍體,是被子植物古多倍化的重要化石證據。該研究重建了從始新世至上新世不同地質時期高山櫟組植物的古基因組大小和倍性演變歷史,為深入理解被子植物在環境變遷中的適應策略與演化機制提供了古植物學的新視角。

相關研究成果發表在《古地理學、古氣候學、古生態學》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)上。研究工作得到國家自然科學基金、云南省基礎研究計劃和中國科學院國際人才計劃等的支持。

論文鏈接

櫟屬高山櫟組植物化石材料和現生樣品的采樣點

打印 責任編輯:梁春雨

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