绿藻作为绿色植物的早期分化类群在植物由单细胞演化为多细胞历程中扮演着重要角色。多细胞绿藻具有细胞-细胞粘附和细胞质连续性的特征，而单细胞绿藻缺乏此类特征。绿藻从单细胞到多细胞的演化增强了其生态适应性和繁殖能力，促进了光合作用效率，同时为陆生植物的进化奠定了基础，对生态系统的稳定和多样性发挥了重要作用。由于绿藻的起源时间相对久远，有效系统发育信号较少，系统发育信息易丢失或饱和，从而增加了解决该古老类群进化关系的难度。厘清单细胞和群体绿藻的系统发育关系对于研究多细胞生物的起源演化历史至关重要。
Journal of Systematics and Evolution（JSE）2023年第1期发表了南京师范大学生命科学学院钟伯坚教授研究团队题为“Chloroplast phylogenomics of unicellular and colonial Volvocales provides perspectives on the evolution of morphological characters”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jse.12824）。该研究以绿藻纲团藻目类群为研究对象，解析了团藻目稳健的系统发育框架，揭示其从单细胞演化为多细胞的复杂历程。团藻目作为绿藻纲中最大的类群具有丰富的细胞形态，从单细胞类型到简单的四细胞（多细胞）群体类型，到具有500-50000个完全分化细胞的复杂多细胞类群，是研究多细胞进化的理想模式生物。但由于一些未知类群的系统发育位置（如Spermatozopsis, Treubarinia和 Golenkinia）尚不确定，团藻目和环藻目内部关系以及他们是否为单系起源仍然难以确定。此外，多细胞类群是否为单系起源以及多细胞的演化历程仍存在较大争议。
研究人员对6个团藻目物种叶绿体基因组进行测序，结合大量已公布的相关数据，使用58个叶绿体基因进行系统发育重建，获得可靠的系统发育树，以研究多细胞性的起源。同时，本研究还考察了不同团藻目类群间碱基组成异质性差异，通过兼并第一、第三位密码子减轻数据集的饱和程度和系统误差，最终获得稳定的团藻目系统发育关系。该研究揭示团藻目为单系类群，与广义环藻目形成姐妹群，未知类群位于广义环藻目。团藻目和广义环藻目的祖先为单细胞形态，并在内部分支中发生至少7次向多细胞的进化（例如在Reinhardtinia类群中显示出由单细胞→简单多细胞→复杂多细胞的演变过程），证明了多细胞是由单细胞祖先发展而来。总之本研究强调叶绿体基因组分析适用于解决团藻目的系统发育关系，并揭示了团藻目从单细胞演化为多细胞的复杂历程，为今后解决其他古老类群的系统发育关系并解析多细胞形态特征的起源演化历史提供有效的分析手段。
图 1. 基于58个叶绿体基因的最大似然树（上）。支持值仅显示UFboot分析中不完全支持的分支。形态特征（下）的祖先特征重建，并绘制在参考树上，关键节点A-F被标记在分支上方
南京师范大学钟伯坚教授团队长期致力于解析绿色植物的起源演化历史，重建了早期绿色植物重要类群的系统发育关系和演化时间轴，揭示了绿色海藻在中元古代和新元古代环境演变中的重要生物学作用，并且以关键演化事件为主线对绿色植物起源与演化历史进行了系统性总结。这些研究成果对深入理解绿色植物的演化及其对全球生态系统格局的影响提供了重要的理论基础。
南京师范大学生命科学学院博士后李汐（已出站）为第一作者，钟伯坚教授为通讯作者。课题组硕士研究生石璇（已毕业）、成红（已毕业）、张师宇（已毕业）、博士研究生杨志萍、博士后马小雅也参与了该项研究。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支持。
责编：王率真
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。
长按关注
