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我校生科院钟伯坚团队在绿色海藻的起源和演化历史研究中取得重要进展

近日,我校生命科学学院钟伯坚团队在著名学术期刊Nature Communications(IF:14.92)发表了题为“Phylotranscriptomic insights into a Mesoproterozoic-Neoproterozoic origin and early radiation of green seaweeds (Ulvophyceae)”的研究论文。该研究利用广泛的核基因数据进行系统发育分析,有力的支持石莼纲藻类是多系类群,并估算石莼纲藻类起源于中元古代-新元古代。该研究成果揭示了在中元古代-新元古代时期,绿色海藻作为光合自养型真核生物对海洋的氧化环境和地球的生物化学循环产生了深远的影响。

绿藻门是绿色植物的重要分支,在全球生态系统中发挥着重要作用。石莼纲作为绿藻门的主要类群,以海洋宏观藻类(绿色海藻)为主,是沿海生态系统中重要的初级生产者,由于其细胞形态多样性而具有独特的进化意义。在高温和富营养的条件下,一些绿色海藻(如石莼、刚毛藻)迅速生长并大量繁殖形成“绿潮”,对沿海水体造成负面影响。石莼纲藻类还具有良好的经济价值,例如石莼属、蕨藻属和刚毛藻属为食品、水产养殖、医药以及生物燃料等产业提供了优质的原材料。尽管石莼纲具有重要的生态功能和广阔的经济前景,但其内部的系统发育关系、起源时间以及细胞形态的演化历史一直争议不断。

图1:绿藻门主要类群的系统发育框架

该研究通过扩大石莼纲各类群的取样,构建了包含69个物种和884个核基因的大型数据集。采用多物种溯祖模型和串联模型,并考虑了基因、位点以及谱系间的异质性等因素,构建了石莼纲可靠的系统演化关系,支持石莼纲为多系类群,其中羽藻目和绿藻纲互为姐妹群,其余石莼纲物种聚为一支。通过模拟数据分析,发现不完全谱系分选(incomplete lineage sorting)在石莼纲的快速辐射中发挥了重要作用。基于石莼纲可靠的系统发生树,本研究进一步利用祖先状态重建分析发现石莼纲不同谱系的宏观进化是由单细胞祖先独立进化而来。

图2:石莼纲细胞类型的演化历史

近期报道的近10亿年历史的Proterocladusantiquus化石,为估算石莼纲的起源时间提供了重要依据。通过综合考虑该化石可能的系统发育位置,本研究合理地分析了三种化石校准策略估算石莼纲演化时间的结果,发现石莼纲藻类可能起源于中元古代-新元古代时期(1382.3-797.2 Ma)。由于石莼纲藻类主要由大型海洋藻类组成,其多样性为中元古代-新元古代过渡时期全球碳循环和海洋氧化还原结构的重大变化做出巨大贡献。

图3:基于三种化石标定策略推断的石莼纲起源演化时间

该研究重建了石莼纲可靠的系统发生框架,加深了对绿色海藻起源演化历史的理解,揭示了绿色海藻在中元古代和新元古代的环境变化中发挥的重要生物学作用,为理解海洋生态系统以及绿色海藻的演化与创新提供研究基础。

米乐m6体育app生命科学学院硕士研究生侯铮(已毕业)和博士研究生马小雅为共同第一作者,钟伯坚教授为通讯作者。比利时根特大学Frederik Leliaert教授,Olivier De Clerck教授和美国弗吉尼亚理工大学肖书海教授也参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省生物学优势学科等项目的支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-29282-9

  • 更新时间

    2022年03月23日 14:11

  • 阅读量

  • 供稿

    生科院

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