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Nature子刊:矮小的進化優勢

日期:2013-05-23 10:00:56

澳大利亞國立大學和美國國家進化綜合中心的研究人員,對大量植物進行了綜合性分析,發現矮小植物的基因組比高大植物變化更快。文章于五月二十一日發表在Nature Communications雜志上。

 

Robert Lanfear及其同事在記錄有20,000多種植物信息的數據庫中,評估了138個開花植物家族的平均最大高度,范圍從5cm到約45m不等。隨后他們對這些植物的基因組進行研究,分析了DNA序列隨時間推移所發生的改變。

 

基因組中累積的DNA序列改變是進化的原料,而基因組的突變情況反映了植物的進化速率。研究人員將植物的進化速率與高度聯系起來,驚訝的發現矮小植物的進化比高大植物快五倍。

 

研究人員指出,矮小植物一般復制基因組更為頻繁,在這一過程中形成的錯誤也更多,因此突變累積更快。這意味著,生長緩慢的高大喬木,在快速變化的氣候條件下,面臨的危險更大。因為突變快的矮小植物,更容易適應環境的改變。

 

此前的研究顯示,物種豐富度、緯度、溫度、紫外線水平等多種因素與進化速度有關。而這項研究指出,在所有影響核基因組和葉綠體基因組突變速率的因素中,植物高度的影響比重占到五分之一。矮小植物基因組突變更快,這一點適用于核基因組和葉綠體基因組。此外,即使將較高的喬木/灌木與較矮的草本區分開,上述規律也同樣適用。

 

1986年,曾有科學家提出了一個問題,植物進化是否存在差異?現在研究人員給出了肯定的答復,并且為矮小植物的快速進化提出了一個新的理論。文章指出,細胞分裂時的基因組復制并不完美。對于動物來說,絕大多數細胞中的DNA拷貝錯誤不會遺傳給下一代。但植物卻不同,如果植物細胞最終形成花或者其他生殖器官,其中的遺傳學改變就可以傳遞下去。

 

當植物枝條生長時,頂端的細胞分裂活躍,其中會累積大量的遺產學改變。隨著高度的增加,植物的生長逐漸放緩,長期下去高大植物中的細胞分裂和基因組復制也會漸漸變慢,導致DNA突變積累也隨之變慢。正因如此,與高大植物相比,矮小植物就像進入了一條進化的快車道。

 


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