基因組學研究重建苔類植物演化歷程獲突破

深圳市仙湖植物園研究團隊與合作者使用轉錄組數據，首次對苔類目級系統框架進行了重建，得到了高支持的系統發育樹。相關研究9月8日在線發表于Annals of Botany。該論文第一作者為深圳市仙湖植物園董珊珊副研究員，通訊作者為劉陽研究員。深圳市仙湖植物園張力研究員，深圳華大生命科學研究院聯合培養研究生余進博士，美國康涅狄克大學Bernard Goffinet教授共同完成該項工作。

苔類（liverworts）是植物界的一個門，屬于苔蘚植物三個主要分支（苔、蘚、角苔）之一，其起源歷史可追溯至4億年前。作為一個古老的植物類群，苔類植物多樣性卻非常豐富，目前全世界有苔類7300余種，隸屬15目，87科，300余屬，其深層次系統演化關系尚有很大爭議。

近年來，隨著高通量測序技術的發展，植物系統發育基因組學獲得了快速的發展，轉錄組（transcriptome）數據被廣泛應用于植物系統發育基因組學中。轉錄組是某一特定狀態下基因組的所有轉錄本，數據信息量大，對其測序效率高。對于苔類植物這類基因組大小變異較大（~200 MB–20 Gb）的類群，使用轉錄組數據具有較大優勢。

在該項研究中，科研人員取樣了55個苔類的轉錄組數據，覆蓋苔類15個目中的14個目，構建了1,480個單拷貝核基因矩陣，首次對苔類目級系統框架進行了重建，得到了高支持的系統發育樹。分析結果表明，陶氏苔目（Treubiales）和裸蒴苔目（Haplomitriales）聚為一支，是其它所有苔類的姐妹類群；壺苞苔目（Blasiales）、囊果苔目（ Sphaerocarpales）、半月苔目（Lunulariales ）和地錢目 （Marchantiales）聚為復雜葉狀體分支；隨后溪苔亞綱 （Pelliidae）、叉苔亞綱（Metzgeriidae）和 葉苔亞綱（Jungermanniidae）的類群依次分化。

此外，隸屬于溪苔亞綱的溪苔目（Pelliales）、帶葉苔目（Pallaviciniales）和小葉苔目（Fossombroniales）沒有聚成單系，而是以并系的形式存在。對于長期存在爭議的毛葉苔目（Ptilidiales）的系統位置，轉錄組數據強烈支持其與光萼苔目（Porellales）聚成一支，進而與葉苔目（Jungermanniales）形成姐妹類群關系。

雖然苔類骨架系統關系獲得了高支持，其深層系統關系在單個核基因之間依然存在廣泛的沖突。此外，細胞器基因組數據與核基因組數據之間也存在沖突信號，暗示了苔類植物在演化過程中可能存在古老的雜交事件，其基因演化過程中存在不完全譜系分選的現象。

據介紹，之前的千種植物轉錄組計劃（1KP）研究結果認為，葉苔綱（Jungermanniopsida）的祖先可能發生了一次全基因組復制，此結論并未得到該研究支持。苔類是陸地植物中少有的在其深層演化中沒有發生全基因組復制的大分支，此現象產生的原因及其背后的意義值得進一步的探究。