近日，浙江农林大学国家重点实验室吴文武教授、李彦教授联合浙江大学陶增研究员课题组，在《Cell》子刊《Cell Reports》上发表了题为“Genomic convergence in terrestrial root plants through tandem duplication in response to soil microbial pressures”（根系植物趋同进化以响应土壤微生物压力）的研究论文。此研究依托于植物比较基因组学，深入探讨并证明了根系植物，特别是诸如香榧、糖松等林木，在遭受土壤微生物群落的选择压力时，其体内与酶及抗病相关的串联复制基因更易被保存下来，为不同物种间的基因组趋同进化现象提供了有力证据。
趋同进化（convergent evolution）是指在相似的选择压力作用下，非亲缘关系的物种发展出类似适应特征的过程。虽然达尔文在其理论中指出趋同进化的影响范围有限，但现代生物科学研究显示，这一现象在自然界的分布可能比之前认为的要广泛得多。不过，现有的趋同进化实例大多局限于特定生态环境中的少数物种；至于在更大地理尺度上（比如全球范围内）是否存在一致的基因组趋同进化模式，科学界仍持保留态度。
本研究团队整合了205个高质量的植物基因组数据，包括45种无根植物和160种有根植物，对比分析了它们之间的基因组扩张与收缩情况。研究发现，相较于无根植物，有根植物中串联复制现象更加普遍，特别是在根系特别发达的裸子植物中表现得尤为明显。进一步的系统发育分析揭示，这些串联复制活动在不同的生物分类单元中独立出现，且主要涉及对抗病害和应对微生物挑战至关重要的酶编码基因，如NB-ARC、P450和UDPGT等。值得注意的是，当有根植物向水生、寄生、肉食或耐盐等特殊生存方式转变时，由于这些环境中微生物的压力较小，因此串联复制事件的数量会相应减少，相关基因家族也会经历趋同收缩的趋势。
有根植物通过串联复制以适应微生物选择压力
该研究不仅提供了一幅生动描绘有根植物如何通过串联复制来应对微生物选择压力的模式图，而且首次在全球范围内证明了不同种类的有根植物在土壤微生物压力的作用下，能够在基因组层面实现趋同进化。这项成果对于深化我们对植物适应复杂环境机制的理解，以及推动进化生物学和生态学领域的发展均具有重大意义。
