在国家自然科学基金等项目的资助下，中国科学院华南植物园研究员康明/王静团队与比利时根特大学教授Yves Van de Peer团队合作，借助树蕨基因组多样性研究，成功破译“活化石”植物桫椤科树蕨历经亿万年的演化之谜。相关成果近日发表于《分子生物与进化》（Molecular Biology and Evolution）。

桫椤科树蕨是蕨类植物中典型的古老孑遗类群，因起源古老和独特的树形而备受关注。其宏观形态自侏罗纪以来高度保守，被誉为恐龙时代“活化石”。尽管形态演化缓慢，该类群却表现出丰富的物种多样性及较强的环境适应能力，成功应对亿万年数次环境剧变，引发了进化生物学中长期未解的谜题：为何这些类群能在保持稳定外形的同时，具备如此强大的生存韧性？

桫椤科植物的WGD事件及后续基因保留。研究团队供图，下同

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为解开这一谜题，研究团队构建了不同生态型（典型乔木状树形以及无显著树干的非树形）桫椤科植物的高质量基因组图谱。通过整合比较基因组学与转录组学的方法，对桫椤科植物的基因组演化机制展开了深度解析。

研究结果显示，在整个树蕨谱系分子进化速率相对缓慢的背景下，约1.54亿年前，树蕨发生了一次全基因组复制（WGD）事件，且这是整个谱系共享的唯一一次WGD事件。此次事件为树蕨带来了双重适应优势，不仅使祖先树蕨能够适应侏罗纪晚期的环境剧变，还为后期的物种多样化奠定了遗传基础。

进一步研究发现，典型树形物种优先保留了与细胞壁合成和木质化相关的基因，以此强化自身的支撑结构；而非树形物种则更多地保留了代谢与防御相关基因，从而增强了生存韧性。此外，转座子元件的持续爆发推动了基因组结构的动态变化，包括基因组大小的显著变异以及染色体重排，成为局部快速演化的核心驱动力。

桫椤科植物基因组多样性。

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该研究还揭示，乔木状的表型创新并非简单依赖于WGD滞留基因的剂量，而是更依赖于复杂的转录调控机制。这种机制可能通过协同木质素合成与光感知过程，进一步促进了树蕨在被子植物主导的林下环境中的适应。基于此，该研究将传统认知中活化石植物“演化停滞”的观念，重新定义为一种基因组的动态平衡。宏观进化迟缓背景下的基因组可塑性与局部创新，正是树蕨成功跨越亿万年地质变迁的演化关键所在。

研究人员表示，该研究成果意义重大，不仅为桫椤科珍稀“活化石”蕨类植物的保护研究提供了重要的基因组资源，同时也为理解古老孑遗植物的长期存续与演化构建了全新的理论框架。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf247