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水生植物是植物適應(yīng)水生環(huán)境的特殊類群，在地球上現(xiàn)存的被子植物中約2%為水生類型。生命海洋起源說為公眾熟知，但絕大多數(shù)水生植物類群卻由陸生植物適應(yīng)水環(huán)境經(jīng)過了約200次獨(dú)立演化而來，在全球分布的被子植物中有24個(gè)目、83個(gè)科含有水生植物類群。植物由陸生到水生的演化過程、形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的變化、適應(yīng)水生環(huán)境的遺傳學(xué)機(jī)制等問題一直是植物進(jìn)化生物學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)。

澤瀉目是已知的水生植物分布最為集中的一大類群，包含了所有海生高等植物和分布廣泛且具多種生活型的淡水水生植物，是研究植物適應(yīng)水生（海生）環(huán)境演化過程的理想材料。中國植物學(xué)會(huì)系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)專業(yè)委員會(huì)副主任、武漢植物園王青鋒研究團(tuán)隊(duì)與中國藥科大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、慕尼黑大學(xué)、德克薩斯州大學(xué)的相關(guān)研究人員合作開展了澤瀉目植物適應(yīng)水環(huán)境的分子機(jī)制研究，對(duì)中國、美國、澳大利亞和歐洲分布的59種澤瀉目植物進(jìn)行了廣泛取樣，完成了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、核基因和葉綠體基因的系統(tǒng)進(jìn)化分析。研究結(jié)果表明，澤瀉目植物經(jīng)歷了從陸生向淡水生、再到海生的演化過程，核心澤瀉目、天南星科、巖菖蒲科之間的系統(tǒng)進(jìn)化沖突主要由不完全譜系篩選與基因漸滲造成，上述類群之間最真實(shí)的進(jìn)化關(guān)系是(巖菖蒲科，天南星科) + 核心澤瀉目。系統(tǒng)進(jìn)化和Ks分析共鑒定出18個(gè)全基因組復(fù)制事件，其中1個(gè)發(fā)生于核心澤瀉目的共同祖先，3個(gè)發(fā)生于海生類群。對(duì)適應(yīng)水生環(huán)境重要基因的分析發(fā)現(xiàn)，海生的大葉藻（Zostera marina）大量丟失的光、乙烯相關(guān)基因并沒有在其它海生和淡水生植物中普遍丟失，煙堿胺合成酶基因在沉水植物和海生植物中發(fā)生了擴(kuò)張，這可能與水生環(huán)境(特別是海洋環(huán)境) 鐵離子含量較低有關(guān)。

相關(guān)研究結(jié)果以“Phylogenomic analyses of Alismatales shed light into adaptations to aquatic environments”為題在線發(fā)表在進(jìn)化生物學(xué)期刊Molecular Biology and Evolution上。武漢植物園陳凌云和博士生盧蓓、慕尼黑大學(xué)Diego F. Morales-Briones為論文共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)黃建勛、武漢植物園陳進(jìn)明和王青鋒為通訊作者。研究工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)(XDB31000000)、國家自然科學(xué)基金(31670226, 32070231)和中國科學(xué)院中-非聯(lián)合研究中心專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。

圖1 基于1005個(gè)核基因構(gòu)建的澤瀉目系統(tǒng)進(jìn)化樹

圖2 適應(yīng)水生環(huán)境相關(guān)基因的演化