科學家繪製單子葉植物家族樹—新聞—科學網

2020-12-02 科學網

黃花茖蔥是如今有了更加清晰的家族歷史的8.5萬種單子葉植物之一。圖片來源：CHELSEA SPECHT

儘管它們可能看上去很不一樣，但玉米和黃花菜有很多共同之處。高大的棕櫚樹和矮小的拖鞋蘭也是如此。由於1.37億年前的一個共同祖先，這些被稱為單子葉植物的開花植物的根、種子，甚至是葉子都看起來很像。如今，一項最新的遺傳學研究揭示了原因：儘管所有這些植物如今都是「旱鴨子」，但它們的祖先曾生活在水中。 【《科學》相關報導】

未參與該研究的美國密蘇裡大學分類學家Peter Stevens表示，此項工作令人信服。「它讓你思考單子葉植物特徵的起源。」

科學家一直難以將種子僅含有一個胚胎葉的單子葉植物放到植物進化樹上。該進化樹對於理解全球8.5萬種單子葉植物的進化關係至關重要。單子葉植物包括像玉米和水稻一樣的主要作物、被牛吃掉的草、棕櫚樹以及諸如蘭花、百合花等一些全球最漂亮的花。

「在幾乎每一個單子葉植物家族中，你都能找到美麗且在經濟和生態上都很重要的成員。」未參與最新研究的密蘇裡州聖路易斯市唐納德·丹佛斯植物科研中心植物生物學家Elizabeth Kellogg表示。

威斯康星大學麥迪遜分校進化生物學家Thomas Givnish深知建立準確的家族樹有多重要，尤其是對於作物育種和基礎研究的重要性。為此，他把19位同行生物學家拉到一起，想制定一個迄今最明確的單子葉植物家族樹版本。他們對545種單子葉植物和22種其他植物的葉綠體中的DNA進行了測序。基於這些植物DNA的相似性，該團隊闡明了其家族聯繫並且估測了每個分支的年齡。「對於大多數聯繫，我們有非常強的證據。」Givnish說。其中，他們的發現包括：香蕉在家族樹分支上比此前認為的更靠近姜和海裡康屬植物。

「真正新奇的地方在於他們在解決整個問題時使用的數據量。」Stevens表示。大多數關係，包括香蕉和姜之間的關係此前曾有人提出過。

Givnish認為，最引人注目的地方在於這個家族樹的底部是什麼。該團隊在日前出版的《美國植物學雜誌》上報告稱，同這一底部關聯最密切的非單子葉植物顯示最早的單子葉植物是水生植物。19世紀的植物學家最早提出了這個觀點，若干研究人員也在上世紀90年代探尋了這一起源。但沒有人擁有如今為其提供支撐的遺傳數據。不僅是種子，單子葉植物的葉子和根也同其他開花植物不同，而水生起源或許能解釋原因所在。

例如，單子葉植物的葉子往往擁有平行紋理，而其他開花植物的葉子擁有分支狀紋理。後者讓像紙一樣薄的葉子保持堅硬，否則重力會讓它們不停地抖動。但單子葉植物水生祖先的葉子據推斷是漂浮的，因此能對付沒有那麼發達的支撐系統。同時，大多數開花植物的葉子通過葉柄和莖幹相連。

而單子葉植物的葉基往往用一些「手指」「鉤住」莖幹。和水生植物的根一樣，單子葉植物的根也顯示出較少的分支。同時，大多數單子葉植物是草本的，而非木本。如果它們的水生祖先像大多數樹木一樣每年增加年輪層，新長出的部分會妨礙從葉子延伸至植物水下部分的空氣導管。

Stevens表示，研究人員需要比較的不只是葉綠體的DNA，還有儲存在細胞核中的更多數量的DNA。Givnish介紹說，這項工作已經在進行中。該團隊分析了來自多個物種的核DNA的500個基因。而他們的最新發現「在很大程度上支持相同的關係模式」，並且會在幾個月後發表。（宗華）

相關論文信息：DOI:10.1002/ajb2.1178

《中國科學報》 (2018-11-20 第3版 國際)

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