科研人员破解豆科植物在“恐龙大灭绝”时期幸存“密码”

中国科学院昆明植物研究所22日发布消息称，该所科研人员参与的研究团队在豆科系统发育基因组学和根瘤菌固氮共生演化研究中取得新进展，破解豆科植物在“恐龙大灭绝”时期得以幸存并繁衍成为被子植物最成功的类群之一的“密码”。

豆科是开花植物中最大的科之一，有约765属近20000种，贡献全球27%的作物产量。研究显示，豆科的祖先起源于大约距今6700万年前，即“恐龙大灭绝”时期。这一时期，包括裸子和蕨类植物等在内的大约五分之三的物种发生灭绝，豆科却得以幸存。豆科植物与根瘤菌共生固氮体系，是自然界固氮效率最高、固氮量最大的生物固氮系统，每年可以固定17.2×107吨氮元素。

近日，中国科学院昆明植物研究所研究员伊廷双、复旦大学副研究员黄建勋、美国宾夕法尼亚州立大学教授马红等团队共12位研究人员，通过国际合作广泛取样、大规模RNA测序或浅层DNA测序，新获得391个豆科物种的700多万核基因转录本的序列数据，结合其它已发表的基因序列数据集，覆盖豆科所有的6个亚科59个族或族级分支的共计463种。

基于这些数据，科研人员得到高解析和高支持的豆科系统树，解决一些长期存在争议的系统关系。同时，在豆科中鉴定到28次全基因组二倍化或者三倍化加倍事件；并针对豆科亚科之间多个异源多倍化的假说进行65个豆科物种数据的比较分析，支持豆科祖先经历多倍化。

研究表明，豆科早期全基因组复制事件可能为稳定有效的固氮根瘤提供丰富的遗传物质基础，为一系列生理、生态性状的演化提供内在条件。同时，“恐龙大灭绝”时期物种大灭绝为豆科物种提供更多的生态位，及豆科稳定高效的固氮能力协同促进自身物种的多样化进程，使之最终演化成为一个成功的被子植物类群。

这一研究为了解新生代物种多样性提供重要的视角。相关研究成果于近日发表在植物科学权威期刊Molecular Plant上。