南京师范大学钟伯坚团队在陆地植物起源与演化研究中取得重要进展

2021-04-20 22:26:59 BioArt植物

责编 | 王一

植物的早期演化过程中,陆地植物完成了地球历史上重要的过渡性阶段,即对陆地的征服。早期陆地植物的形成是地球生命演化中最重要的事件之一,不仅对大气以及土壤的起源、组成和化学性质产生了巨大的影响,而且为动物建立了新的栖息地,为其他生物的起源和多样化奠定了环境基础。化石记录提供了研究植物历史的窗口,然而由于缺乏早期陆地植物化石证据,以及受到化石稀有性和不完整性的影响,准确推算植物登陆时间成为植物学家和进化生物学家研究的焦点。

2021年4月19日,南京师范大学钟伯坚课题组在进化生物学权威期刊Molecular Biology and Evolution杂志发表了题为Large-scale phylogenomic analyses reveal the monophyly of bryophytes and Neoproterozoic origin of land plants的研究论文,报道了该课题组在陆地植物起源与演化研究中取得的重要进展。该研究利用大规模核基因数据进行系统发育分析,有力地支持苔藓植物为单系类群,并估算陆地植物起源于大约9.8–6.8亿年前的新元古宙 (前寒武纪) ,比近年来广泛报道的奥陶纪–寒武纪时期 (4.5–5亿年) 的起源时间前推了约3亿年。

该研究聚焦早期陆地植物的演化关系及陆地植物的起源时间。利用包含123个物种和1,440个直系同源基因的大型数据集,探讨了系统误差对重建早期陆地植物演化关系的影响。研究结果表明,基于密码子简并性重编码和氨基酸矩阵的系统发育分析一致支持苔藓植物为单系类群;而基于核苷酸数据集得到的苔藓植物非单系的结论可能是由于位点快速同义替换导致。化石证据和分子数据是影响分歧时间估算的重要因素。由于化石标定在时间先验设置中的决定性作用,因此改变化石标定策略对估算陆地植物起源时间有重要的影响。基于可靠的陆地植物系统发生关系,该研究使用22个化石标定点,3种不同的化石校准策略估算植物登陆时间。通过比较指定先验、有效先验和后验,发现陆地植物起源时间的差异是由不同最大化石标定点形成的不同先验分布导致的。狭窄的化石标定区间使分歧时间的估算很大程度上受到化石校准的约束,导致缺乏分子数据的支持;更为宽松的化石校准策略使分子数据能提供与陆地植物起源时间相关的更多信息,而不是完全由先验分布决定。综合化石标定的可靠性和分子数据的影响,该研究支持陆地植物起源于前寒武纪时期。

陆地植物起源与演化时间

该研究强调在面对有争议的化石时,分子数据在估算演化时间中扮演着重要角色,同时为评估最佳化石校准策略提供了新颖的研究手段。该研究成果为揭示植物从水生到陆生诸多关键性状的演化历史(如植物胚胎和维管组织的起源与演化)提供研究基础,为阐明全球陆地生态系统的形成和动态变化规律提供理论依据。

南京师范大学生命科学学院硕士研究生苏丹艳和博士研究生杨凌霄为共同第一作者,钟伯坚教授为论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省生物学优势学科等项目的资助。

论文链接:

https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab106/6237914

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