近日，国家重点实验室吴文武教授、李彦教授联合浙江大学陶增研究员课题组，在《Cell》子刊《Cell Reports》上发表了题为“Genomic convergence in terrestrial root plants through tandem duplication in response to soil microbial pressures”（根系植物趋同进化以响应土壤微生物压力）的研究论文。该研究基于植物比较基因组，揭示了有根植物，尤其是林木（如香榧、糖松等），在土壤微生物菌群的选择压力下，酶和抗病相关的串联复制基因被选择保留，为不同物种分支的基因组趋同进化提供了重要证据。

趋同进化（convergent evolution）指不相关的物种在相同或相似选择压力下进化出相似的适应性状。达尔文认为其影响有限，而现代生物学研究则表明其在自然界中可能广泛存在。遗憾的是，现有趋同进化的证据主要集中于特定生境中的某些物种；大尺度上（例如全球范围内），相同模式的基因组趋同进化依然存疑。

该研究收集了205个高质量植物基因组，其中45个无根植物，160个有根植物，对二者的基因扩张/收缩进行了比较分析。结果显示，相较于无根植物，串联复制事件（tandem duplication, TD）在有根植物中更为盛行，尤其是在根系发达的裸子植物中。系统发育分析则表明，这些串联复制事件在不同谱系中独立发生，并且复制扩增的基因主要是抗病和微生物响应相关的酶基因，如NB-ARC、P450和UDPGT等。此外，当有根植物转变为水生、寄生、肉食和盐生习性时（这些特殊生境下的植物所面对的微生物压力通常较弱），串联事件会减少，相应基因家族也发生了趋同收缩（见模式图）。

模式图：有根植物通过串联复制以适应微生物选择压力

全球多样的地域和气候环境推动了物种的多样化，这使得人们难以想象会存在统一的趋同进化模式。然而，这项开创性的研究证实了在全球范围内，不同物种的有根植物在土壤微生物选择压力下，基因组层面上存在趋同进化。这一发现为理解植物在复杂环境中的适应机制提供了新的见解，对进化生物学和生态学研究具有重要意义。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114786