我院鐘伯堅團隊在綠色海藻的起源和演化歷史研究中取得重要進展
近日，我院鐘伯堅團隊在著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications(IF:14.92)發(fā)表了題為“Phylotranscriptomic insights into a Mesoproterozoic-Neoproterozoic origin and early radiation of green seaweeds (Ulvophyceae)”的研究論文。該研究利用廣泛的核基因數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)發(fā)育分析，有力的支持石莼綱藻類是多系類群，并估算石莼綱藻類起源于中元古代-新元古代。該研究成果揭示了在中元古代-新元古代時期，綠色海藻作為光合自養(yǎng)型真核生物對海洋的氧化環(huán)境和地球的生物化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生了深遠的影響。
綠藻門是綠色植物的重要分支，在全球生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。石莼綱作為綠藻門的主要類群，以海洋宏觀藻類（綠色海藻）為主，是沿海生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，由于其細胞形態(tài)多樣性而具有獨特的進化意義。在高溫和富營養(yǎng)的條件下，一些綠色海藻（如石莼、剛毛藻）迅速生長并大量繁殖形成“綠潮”，對沿海水體造成負面影響。石莼綱藻類還具有良好的經(jīng)濟價值，例如石莼屬、蕨藻屬和剛毛藻屬為食品、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)藥以及生物燃料等產(chǎn)業(yè)提供了優(yōu)質(zhì)的原材料。盡管石莼綱具有重要的生態(tài)功能和廣闊的經(jīng)濟前景，但其內(nèi)部的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、起源時間以及細胞形態(tài)的演化歷史一直爭議不斷。
圖1：綠藻門主要類群的系統(tǒng)發(fā)育框架
該研究通過擴大石莼綱各類群的取樣，構(gòu)建了包含69個物種和884個核基因的大型數(shù)據(jù)集。采用多物種溯祖模型和串聯(lián)模型，并考慮了基因、位點以及譜系間的異質(zhì)性等因素，構(gòu)建了石莼綱可靠的系統(tǒng)演化關(guān)系，支持石莼綱為多系類群，其中羽藻目和綠藻綱互為姐妹群，其余石莼綱物種聚為一支。通過模擬數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)不完全譜系分選（incomplete lineage sorting）在石莼綱的快速輻射中發(fā)揮了重要作用?；谑痪V可靠的系統(tǒng)發(fā)生樹，本研究進一步利用祖先狀態(tài)重建分析發(fā)現(xiàn)石莼綱不同譜系的宏觀進化是由單細胞祖先獨立進化而來。
圖2：石莼綱細胞類型的演化歷史
近期報道的近10億年歷史的Proterocladusantiquus化石，為估算石莼綱的起源時間提供了重要依據(jù)。通過綜合考慮該化石可能的系統(tǒng)發(fā)育位置，本研究合理地分析了三種化石校準策略估算石莼綱演化時間的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)石莼綱藻類可能起源于中元古代-新元古代時期（1382.3-797.2 Ma）。由于石莼綱藻類主要由大型海洋藻類組成，其多樣性為中元古代-新元古代過渡時期全球碳循環(huán)和海洋氧化還原結(jié)構(gòu)的重大變化做出巨大貢獻。
圖3：基于三種化石標定策略推斷的石莼綱起源演化時間
該研究重建了石莼綱可靠的系統(tǒng)發(fā)生框架，加深了對綠色海藻起源演化歷史的理解，揭示了綠色海藻在中元古代和新元古代的環(huán)境變化中發(fā)揮的重要生物學(xué)作用，為理解海洋生態(tài)系統(tǒng)以及綠色海藻的演化與創(chuàng)新提供研究基礎(chǔ)。
南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生侯錚（已畢業(yè)）和博士研究生馬小雅為共同第一作者，鐘伯堅教授為通訊作者。比利時根特大學(xué)Frederik Leliaert教授，Olivier De Clerck教授和美國弗吉尼亞理工大學(xué)肖書海教授也參與了該項研究。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和江蘇省生物學(xué)優(yōu)勢學(xué)科等項目的支持。
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