遗传

• 编委推荐 •    

Cell│演化转录组学揭示开花植物基因表达模式的快速演化

宋心玥, 鲁非   

  1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所
  • 发布日期:2026-04-08

  • Online:2026-04-08

摘要: 开花植物是地球生态系统的绝对主导者,但关于它们如何在短短1亿多年间实现如此剧烈的多样化和演化,其分子层面的驱动力一直未被完全揭秘。学界长期关注蛋白质序列的改变,但对于基因表达模式的演化速率,尤其是植物与动物之间是否存在本质差异,长期缺乏大尺度、跨物种的定量对比。由剑桥大学Sainsbury实验室Christoph Schuster和加州理工学院Elliot M. Meyerowitz等领衔的国际研究团队,通过分析横跨1.6亿年进化历史的7种被子植物、8大核心器官进行高分辨率转录组测序,构建了首个涵盖非编码RNA在内的植物演化表达图谱,系统评估了被子植物与哺乳动物在表达分化速率上的动态差异,揭示了开花植物在基因表达层面独特的进化规律(2026年1月6日在线发表,doi: 10.1016/j.cell.2025.12.015)。研究发现,被子植物的基因表达演化速率显著快于哺乳动物,这种高速分化导致植物器官在演化后期主要按“物种”而非“功能”进行聚类。在功能分层上,参与基础代谢与发育的核心模块受稳定化选择约束而高度保守,甚至在特定组织中维持严密的“局部沉默”(最小值),而响应环境与胁迫的基因则表现出极高的演化灵活性。此外,该研究强调了非编码转录本(如顺式反义转录本NATs)通过比编码基因更快的重塑速度,为植物提供了精准的调控微调。该研究首次定量证实了被子植物转录组具有比哺乳动物更高的“演化速度”,为理解植物如何通过基因表达的可塑性实现快速环境适应提供了直接证据。研究结果不仅重塑了人们对植物器官同源性的认知,也揭示了非编码调控在宏观演化中的关键角色。这项工作为植物进化生物学开辟了定量表达演化的新视野,为理解被子植物的全球扩张与多样化提供了核心分子逻辑。