多倍化或全基因组复制（whole genome duplication, WGD）被认为是被子植物环境适应性进化的一种重要机制。WGD事件后，物种重新二倍化过程中大量基因丢失，但与环境适应相关的基因被保留了下来（Song et al., 2020, Horticulture Research; Wu et al., 2020, Molecular Plant）。对被保留的基因，前人研究主要集中于转录因子，对于转录后调控因子（如RNA binding proteins, RBPs），研究较少。

近日，浙江农林大学国家重点实验室李彦、吴文武教授与比利时根特大学Yves Van de Peer院士联合在《New Phytologist》（中国科学院1区Top，IF _5-yr =10.5）上发表了题为“Convergent and/or parallel evolution of RNA-binding proteins in angiosperms after polyploidization”（被子植物多倍化后RNA结合蛋白的趋同或平行进化）的研究论文。该研究主要基于拟南芥、毛果杨、苹果、番茄、大豆、山核桃、水稻、玉米、毛竹、棕榈等21个代表性被子植物，结合基因组学、转录组学、调控组学以及古气候学研究数据，揭示了在WGD后被子植物RBP基因趋同进化以适应K-Pg和晚新生代冰期的全球大降温。

被子植物主要类群形成后，在K-Pg全球大降温和晚新生代冰期“集中”发生了两次WGD事件（R1-WGD和R2-WGD，统称R-WGD）（图1a）。大量基因在物种重新二倍化过程中丢失；有趣的是，RBP 基因被选择保留了下来（图1b）。在低温条件下，这些被保留的RBP基因表达显著上调，暗示了它们在低温响应中的潜在功能。

图1. 现存RBP基因主要来源于R-WGD

进一步研究，从被子植物中高保留和高响应低温的RBP直系同源基因群中，筛选到与昼夜节律和低温调控相关的GRP7/8 (Glycine-rich RNA-binding Proteins 7/8)基因。所研物种普遍在R-WGD后独立重复地保留了GRP7/8基因。更进一步分析，发现GRP7/8与其上游CBF、RVE、CCA1/LHY等与昼夜节律和低温调控相关的转录因子在R-WGD后经历了共保留和进化。通过整合这些基因及其下游基因之间的调控关系，研究初步构建了被子植物昼夜节律及低温调控网络（图2a），并推导了其祖先网络（图2b）。相较于现在的被子植物复杂且稳健的调控网络，其祖先网络显得简单又脆弱。因此，与昼夜节律和低温调控相关基因的共保留和进化对于低温调控网络的重塑和升级具有重要作用，这可能是被子植物在全球大降温时期得以幸存的重要因素。

图2. 昼夜节律和低温调控网络在R-WGD后的重塑和升级模式图

近年来，国家重点实验室吴文武教授课题组基于植物基因组等大数据，从趋同进化的角度出发，研究被子植物重要性状的起源和进化。先后发现在全球大降温时期AP2/ERF III与IX亚族在双子叶植物中的趋同扩增(Guo et al., 2022)；揭示其成员CBF/DERB1及其调控网络在被子植物中的起源和进化(Nie et al., 2022)。基于多物种低温转录组(Wang et al., 2023a)，构建了双子叶蔷薇类植物祖先低温响应调控网络(Guo et al., 2023)，并揭示转录因子BBX29非依赖于CBF通路负调控植物耐寒性的分子机制(Wang et al., 2023b)。本研究是在这些研究的基础上，持续研究取得又一重要进展。

浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室为第一单位和通讯作者单位，博士生郭良宇、青年教师王朔和硕士生焦茜（已毕业）为共同第一作者，比利时根特大学Yves Van de Peer院士、国家重点实验室李彦教授、吴文武教授为本文共同通讯作者，硕士研究生邓德银、青年教师刘华和中国热带农业科学院博士后叶晓雪参与了此项研究。该研究得到了国家自然科学基金（31871233），根特大学Methusalem基金（BOF.MET.2021.0005.01）以及欧洲研究委员会（HORIZON EUROPE No 833522）的资助。

全文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19656