桫欏科樹蕨是蕨類植物中典型的古老孑遺類群，因起源古老和獨特的樹形而備受關注。其宏觀形態(tài)自侏羅紀以來高度保守，被譽為恐龍時代“活化石”。盡管形態(tài)演化緩慢，該類群卻表現出豐富的物種多樣性及較強的環(huán)境適應能力，成功應對億萬年數次環(huán)境劇變，引發(fā)了進化生物學中長期未解的謎題：為何這些類群能在保持穩(wěn)定外形的同時，具備如此強大的生存韌性?

中國科學院華南植物園植物進化與保護研究團隊構建了不同生態(tài)型 (典型喬木狀樹形及無顯著樹干的非樹形)桫欏科植物高質量基因組圖譜，整合比較基因組學與轉錄組學, 深度解析了其基因組演化機制。結果發(fā)現，在整體分子進化速率相對緩慢的背景下，整個樹蕨譜系僅在約1.54億年前共享一次全基因組復制(WGD)事件。該事件賦予了樹蕨雙重適應優(yōu)勢，不僅賦予了祖先樹蕨對侏羅紀晚期環(huán)境劇變的適應能力，也為后期物種多樣化提供了遺傳基礎。典型樹形物種優(yōu)先保留與細胞壁合成和木質化相關的基因以強化支撐結構，而非樹形物種則更多保留代謝與防御相關基因以增強生存韌性。研究還發(fā)現，轉座子元件的持續(xù)爆發(fā)驅動了基因組結構動態(tài)變化，包括顯著的基因組大小變異和染色體重排，成為局部快速演化的核心驅動力。此外，喬木狀的表型創(chuàng)新并非簡單依賴于WGD滯留基因劑量，而更依賴于復雜的轉錄調控，該機制可能通過協(xié)同木質素合成與光感知過程，進一步促進樹蕨在被子植物主導的林下環(huán)境中的適應。該研究將傳統(tǒng)認知的活化石植物“演化停滯”重新定義為一種基因組的動態(tài)平衡。宏觀進化遲緩背景下的基因組可塑性與局部創(chuàng)新，正是樹蕨成功跨越億萬年地質變遷的演化密鑰。該成果不僅為桫欏科珍稀“活化石”蕨類植物的保護研究提供了重要的基因組資源，同時為理解古老孑遺植物的長期存續(xù)與演化提供了全新理論框架。

相關研究成果以 “Resolving the stasis-dynamism paradox: Genome evolution in tree ferns” 為題發(fā)表在進化生物學權威期刊Molecular Biology and Evolution(《分子生物與進化》)。中國科學院華南植物園在讀博士研究生魏作影為論文第一作者，根特大學Yves Van de Peer教授、中國科學院華南植物園康明研究員及王靜研究員為通訊作者。中國科學院華南植物園馮超副研究員等國內外科研人員參與了該研究。該研究工作得到了廣東省重點領域研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東基礎與應用基礎研究旗艦項目等的資助。

圖1. 桫欏科植物的WGD事件及后續(xù)基因保留

圖2. 桫欏科植物基因組多樣性