藓类植物，作为陆地植物早期演化中的一个重要分支，在陆地植物的演化谱系中占有重要位置，其整体物种数目仅次于被子植物，分为藓类（mosses），苔类（liverworts）和角苔（hornworts）三个分支，其中尤以藓类植物的物种丰富度最高。此前，对大量植物基因组的研究发现古多倍化事件广泛存在于种子植物和蕨类植物类群中，且此类事件多伴随着植物类群的迅速扩张和对古气候剧烈变化的适应。然而，在过去四亿多年的演化历史中，藓类植物经历了多少次此类大规模的基因加倍事件，每次加倍事件后基因的保留和丢失呈现何种特征，是植物基因组演化研究领域亟待厘清的重要科学问题。近年来，随着基因大数据的不断积累，利用此类基因数据和演化生物学的方法构建更为精确和精细的藓类植物演化系统框架成为重点方向；此外，海量的基因序列数据还可用来推断重大历史演化事件，尤其是古多倍化事件的在演化节点上的锚定。
Journal of Systematics and Evolution (JSE) 于2022年第1期发表了香港浸会大学和香港中文大学张建华讲座教授团队题为“Ancestral gene duplications in mosses characterized by integrated phylogenomic analyses” 的研究论文（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jse.12683）。该研究通过拼装和整合近30种苔藓植物的转录组和基因组数据，使用 649 个单拷贝同源基因家族构建了一个高质量的苔藓演化图谱，为后续整合演化基因组学靶定藓类植物古多倍化事件奠定了系统框架基础。
图. 整合多种演化基因组学方法，包括大规模基因树拓扑结构，共线性同源基因对溯源，同义突变率频度统计拟合和偏好性保留基因的功能组学，联合解析藓类植物大规模基因加倍事件。
该研究重点通过对5035个多基因的基因家族进化树进行系统性的大规模演化组学（Phylogenomic）分析，发现和定位了模式苔藓植物中四次古老的大规模基因加倍事件，依次发生在：（1）所有已知藓类植物的共同祖先；（2）藓纲（Bryopsida），金发藓（Polytrichopsida）和四齿藓（Tetraphidopsida），即BPT-clade的共同祖先；（3）藓纲分化早期：定位于真藓亚纲（Bryidae），曲尾藓亚纲（Dicranidae），美姿藓亚纲（Timmiidae）和葫芦藓亚纲（Funariidae），即BDTF-clade的共同祖先中，并命名为ψ事件；（4）葫芦藓科与大帽藓科分化之后，定位于葫芦藓（Funaria）和小立碗藓（Physcomitrella）祖先中。通过基因功能和统计分析发现，这些大规模加倍事件后产生的大量抗逆相关的新基因成员得到显著保留，该发现从演化历史的视角为苔藓植物对各类极端环境的适应性提供了新的认知。
香港中文大学已毕业的博士高贝（现为中国科学院新疆生态与地理研究所项目研究员）为本文第一作者，香港浸会大学讲席教授张建华和美国农业部Melvin Oliver为论文的通讯作者，中国科学院新疆生态与地理研究所张道远研究员联合参与了该项研究工作，该研究团队致力于苔藓基因组学和分子生物学研究，尤其是以荒漠苔藓为重要材料，取得了一系列重要成果。该工作得到了国家自然科学基金委新疆联合重点基金（U1703233）等项目的资助。
图文编辑：刘彤
Journal of Systematics and Evolution (JSE)是以分类、系统发育和进化为核心内容，以描述和理解生物多样性为服务目标的多学科综合性国际学术期刊，主要发表系统与进化生物学领域的研究成果。JSE是中国科学院期刊分区表生物学大类1区期刊，中国科技期刊国际影响力提升计划项目（2013–2018）和中国科技期刊卓越行动计划项目（2019–2023）支持期刊。最新JCR影响因子3.4，排名60/265，位于Q1区。获第三届、第四届中国科协优秀科技论文奖。2023年连续第十二年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”奖。
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