研究为十亿年的绿色植物进化提供了框架

由近200名植物科学家组成的国际财团发布了1100多种植物的基因序列，这是一项历时9年的研究项目的成果。

一千植物转录倡议(1KP)是一个全球性的合作研究植物物种，基因和基因组的跨越绿色的超过一十亿年历史的多元化植物追溯到开花植物和祖先绿藻。

“在生命之树中，一切都是相互关联的，”艾伯塔大学科学与医学与牙科学院的首席研究员兼教授Gane Ka-Shu Wong说。“而且，如果我们想了解生命之树是如何工作的，我们需要检查物种之间的关系。这就是基因测序的用武之地。”

这项发现今天发表在《自然》杂志上，揭示了全基因组重复的时间以及基因家族的起源，扩展和收缩，这些基因家族为基础遗传创新做出了贡献，从而使绿藻，苔藓，蕨类，针叶树，开花植物和所有其他绿色植物得以进化。植物谱系。植物如何以及何时获得长高的能力，以及制造种子，花朵和果实的历史为理解地球上的植物多样性(包括一年生作物和长寿林木物种)提供了框架。

“我们推断出的活植物物种之间的关系告诉我们，自从祖先的绿色藻类物种分裂为两个独立的进化谱系以来，其中一个包括开花植物，陆地植物和相关藻类，另一个则包括各种各样的绿藻，植物进化已经被创新和快速多样化时期所打断。”佐治亚大学富兰克林艺术与科学学院植物生物学教授，该研究的共同通讯作者詹姆斯·李本斯-麦克说。“为了将我们对基因和基因组进化的了解与对开花植物，苔藓和藻类生物中基因功能的日益了解联系起来，我们需要生成新数据，以更好地反映所有绿色植物谱系之间的基因多样性。”

该研究激发了社区的努力，以在全球范围内收集和排序源自陆生和水生生境的多种植物谱系。超过100位生物分类学专家从野外和生活收藏中收集了资料，其中包括藻类文化中央收藏，皇家植物园，邱园，爱丁堡皇家植物园，亚特兰大植物园，纽约植物园，Fairylake植物园，深圳，佛罗里达佛罗里达博物馆自然史，杜克大学，不列颠哥伦比亚大学植物园和艾伯塔大学。通过对来自广泛植物物种的基因进行测序和分析，研究人员能够更好地重建所有作物和模型植物物种祖先的基因含量，并获得了有关基因和基因组重复的更完整描述，从而实现了进化创新。

大约十年前，Wong通过Somekh家庭基金会筹集了私人资金，并获得了艾伯塔省政府的支持以及BGI在中国深圳的先后承诺，推出了1KP。一旦该项目开始运作，其他正在进行的项目就会获得更多资源，包括由美国国家科学基金会资助的iPlant(现为CyVerse)。

该项目的庞大范围要求开发和完善用于序列装配和系统发育分析的新计算工具。

Wong解释说：“ BGI的软件工程师开发了新的算法，以组装为该项目生成的大量基因序列数据。”

计算机科学坦迪·瓦诺方正教授，伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校和萨瓦什Mirarab，在加州大学圣地亚哥大学电气和计算机工程助理教授的大学，开发了新的算法，从数百推断进化关系的基因序列超过一千种，解决了整个基因组进化史上的重大异质性。

整个绿色植物生命树中244个全基因组重复的时间是该项目相互关联的研究重点之一。

亚利桑那大学生态与进化生物学副教授迈克·巴克说：“也许我们分析的最大惊喜是藻类中几乎没有完整的基因组重复。” “基于对植物基因组近20年的研究，我们发现平均开花植物基因组有近4轮祖先基因组重复，可追溯到3亿多年前所有种子植物的共同祖先。我们还发现在蕨类谱系中进行了多轮基因组重复，但是几乎没有证据表明藻类谱系中的基因组有倍增。”

除了基因组重复外，关键基因家族的扩展也促进了绿色植物中多细胞性和复杂性的发展。

德国哈勒大学农作物生理学教授马塞尔·奎因特(Marcel Quint)合着说：“通过重复事件扩展基因家族，促进了整个生命树上植物形态和功能的多样化。” “这些扩展在陆地化过程中甚至在为包括种子的起源和后来的花的起源的进化创新奠定基础之前就已经释放出来了。”