科学家揭示木本竹类独特性状演化之谜

“竹子开花，立马搬家”——我国一些地区传言，竹子开花之后不就后死亡，预示着坏事发生。从科学的角度来看，传言不攻自破。

竹子分为木本竹类和草本竹类，只有木本竹类开花后死亡。木本竹类茎秆高大，木质化程度高、营养生长几十甚至上百年，最长的可达120年，之后才开花死亡。相比之下，草本竹类一般仅几十厘米高，木质化程度低，与其它禾草一样每年开花结实。

木本竹类的独特性状背后蕴含着怎样的科学原理？中国科学院昆明植物研究所研究员李德铢带领的研究团队的一项新研究表明，木本竹类二倍体祖先之间的古杂交事件中存在“亚基因组的优势转移”，导致了木本竹类独特性状的演化。

近日，相关论文在《自然—遗传》上在线发表。这一结论为研究竹类植物物种多样化和独特性状的起源提供了多组学证据。

在植物演化史的研究中，多倍化或称基因组加倍始终是科学家关注的热点之一。木本竹类包括四倍体的温带木本分支、新热带木本分支和六倍体的旧热带木本分支约有1576种，占整个竹亚科种数的92.6%，主要是二倍体的草本分支仅有约126种。

两种草本竹类植物和3个木本分支各3个代表种的基因组共线性（a）和旧热带分支代表种巨龙竹（b）与草本分支代表种（c）在植株上的巨大反差。研究团队供图）

科研人员介绍，竹类植物多倍化后，不同亚基因组如何互作，这种互作又如何影响竹类植物物种多样化的遗传机制尚不清晰。

在最新发表的论文中，研究团队依托国家重大科技基础设施中国西南野生生物种质资源库，成功获取了两个草本竹子和温带木本分支、新热带木本分支和旧热带木本分支各3个代表种染色体级别的基因组，还测序了涵盖竹子各组织和不同生长阶段的476份转录组数据。

前期，他们提出了木本竹类的杂交和多倍化网状演化路线，并推测木本竹类的多倍化与其适应性性状的形成有关。

经过综合分析，研究团队在成功鉴定了木本竹类的A、B、C、D四套亚基因组的基础上，进一步揭示了木本竹类二倍体祖先之间的古杂交事件。

据介绍，A和D亚基因组是由B和C亚基因组早期杂交形成的，而且在两千二百万年前发生过A亚基因组与草本竹类祖先的基因渐渗事件。

研究人员在基因组大小、重复基因丢失、重复序列、甲基化和染色体结构变异等多个方面，均观察到两个四倍体分支中亚基因组优势的独立起源现象，且优势亚基因组均为C亚基因组。并且，在六倍体分支中，亚基因组优势则表现得更为动态和多样化，呈现从C亚基因组到A亚基因组过渡的趋势。

科研人员表示，这是首次在多倍体植物类群中报道的可能存在的亚基因组优势转移现象，为理解多倍体植物的演化机制提供了研究新方向。

竹亚科二倍体祖先及三个木本支系的起源和多倍化模型。研究团队供图

昆明植物研究所研究员马朋飞、副研究员刘云龙、郭岑博士（现中国科学院西双版纳热带植物园）、金桂花博士和研究员郭振华为论文共同第一作者，李德铢为通讯作者。

相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41588-024-01683-0