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化石證據(jù)揭示被子植物古多倍化演化機(jī)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(qū)動因素之一。長期以來,學(xué)界對古多倍化的認(rèn)識多依賴于分子數(shù)據(jù)推斷,在被子植物中缺乏可靠的古多倍體化石證據(jù)。

中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園等研究團(tuán)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(zhì)層開展研究。研究發(fā)現(xiàn),西藏南木林化石的氣孔尺寸顯著大于其他地區(qū)化石及現(xiàn)生親緣種。鑒于植物氣孔大小與基因組大小呈顯著正相關(guān),氣孔尺寸可作為估測古基因組大小的有效指標(biāo)。

研究團(tuán)隊結(jié)合42種種子植物及已發(fā)表的139種被子植物的氣孔與基因組大小數(shù)據(jù),完善二者正相關(guān)關(guān)系曲線,進(jìn)而估算5個植物群高山櫟組化石的古基因組大小。結(jié)果顯示,西藏南木林化石基因組大小遠(yuǎn)高于其他化石及現(xiàn)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(qū)間。據(jù)此推測,高山櫟組植物晚始新世為二倍體,中中新世或發(fā)生古多倍化事件成為四倍體,該四倍體后續(xù)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(yīng)對脅迫環(huán)境的響應(yīng)。中中新世時期,西藏南木林地區(qū)短期內(nèi)氣候劇變,伴隨岡底斯山脈快速隆升,區(qū)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(huán)境劇變中存續(xù),而該四倍體最終可能因 “少數(shù)倍性劣勢” 難以擴(kuò)散走向滅絕。此外,夏櫟、無梗花櫟自然群體中的三倍體記錄,以及栓皮櫟高溫誘導(dǎo)2n花粉的實驗證據(jù),均表明櫟屬植物具備多倍化潛力。

此次發(fā)現(xiàn)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(jù)。該研究重建了從始新世至上新世不同地質(zhì)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(huán)境變遷中的適應(yīng)策略與演化機(jī)制提供了古植物學(xué)的新視角。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《古地理學(xué)、古氣候?qū)W、古生態(tài)學(xué)》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、云南省基礎(chǔ)研究計劃和中國科學(xué)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(xiàn)生樣品的采樣點

打印 責(zé)任編輯:梁春雨

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