福建农林大学张亮生课题组及其合作者本周在《Nature》杂志上发表了题为“The water lily genome and the early evolution of flowering plants”的论文，报告了蓝星睡莲（Nymphaea colorata）的基因组，并通过其基因组和转录组测序结果展示了早期被子植物的进化特征。


（图片来源：田纳西大学）

睡莲一直是艺术家眼中的宠儿，在绘画和雕塑等艺术领域屡见不鲜。在古埃及，睡莲与中国的荷花一样，被视为圣洁、美丽的化身。法国印象派大师莫奈曾以睡莲为主题创造了一组画。

在这项研究中，作者利用pacBio RSII SMRT测序技术获得了蓝星睡莲的高质量基因组（409 M）。系统发育分析的结果表明，睡莲和无油樟（Amborellales）是早期的两个开花植物谱系，这可能是由于大约一亿多年前（1.47-1.85亿年）的全基因组复制事件。

开花植物，也称为被子植物，是陆地上种类最多的一类植物。目前有64个目，416个科，大约13,000个属和300,000个已知物种。睡莲科植物是古老的双子叶植物，也有某些单子叶植物的特征。因此研究它在被子植物中的进化具有十分重要的意义。

研究人员还发现，蓝星睡莲的ABCE基因在各个花器官中广泛表达，这表明了花发育的古老ABCE模型。早期被子植物的ABCE基因可能广泛表达，随着核心双子叶植物的进化，基因表达和功能可能由更专门的ABCE基因来调控。这也解释了睡莲的萼片和花瓣没有真正意义上的分化，与原始被子植物的花相似。

美国田纳西大学植物科学系的陈峰教授及其团队也参与了此项研究，他也是南京农业大学的客座教授。这个团队致力于分析睡莲中花香生物合成的遗传基础。“吸引传粉媒介的花香对植物的多样性以及农业生产都是至关重要的，”他说。

根据美国农业部的统计，世界上75%的开花植物和35%的粮食作物都依靠昆虫等动物来传粉和繁殖。许多传粉的动物都依靠花香来定位植物的花朵。“无油樟的花是没有香味的，因此，了解开花植物如何进化出香味很有意思，”陈教授说。他在2013年参与发表了无油樟的基因组。

“睡莲已经进化出诱人的花香和颜色，这是核心被子植物共有的特征，”陈教授指出。“我们分析的化学成分和生物合成基因表明，睡莲的香味与核心被子植物平行进化。由于其独特的系统发育位置，花香生物合成及其他性状揭示了所有被子植物的早期进化特征。”（生物通 薄荷）

原文检索

Zhang, L., Chen, F., Zhang, X. et al. The water lily genome and the early evolution of flowering plants. Nature (2019) doi:10.1038/s41586-019-1852-5