[生物通讯]自150多年前达尔文发表了“物种起源”以来，科学家们一直在寻求更好地了解现今种类丰富的植物是何时、又如何从同一祖先分化来的。

乔治亚大学发表在《自然》上的一篇新研究揭示了植物进化中的关键事件。这些新发现时科学家可以推测高等植物的共同祖先中基因序列。研究还揭示了区分植物彼此及其其祖先的一个方法。

“通过研究最小开花植物－－拟南芥Arabidopsis的基因组序列，我们证明，其大多数基因都是2亿多年前复制出来的，并且在8千万年前左右又一次发生复制。”这项研究的领导人、乔治亚大学的植物遗传学家Andrew Paterson说。“继而发生的‘额外基因’丢失导致了现代植物的诸多差异。”

两年前，科学家完成了拟南芥基因组的测序。拟南芥是一种小型杂草植物，被广泛用于植物遗传学研究。拟南芥是首个被测序的植物，之所以选定拟南芥是因为科学家以为测序拟南芥基因组会相当简单，因为它的基因组很小。但有时候小并不意味着简单。

遍布拟南芥5条染色体上的是成千上万个好像没有用处的“垃圾”基因。当乔治亚大学的科学家比较所有的基因时，他们发现了相似的基因组合在染色体上的2个、4个甚至8个不同区域复制的证据。

许多植物中的大多数基因都有两个甚至更多拷贝，这已广为人知。但为什么会存在这些拷贝以及这些拷贝是何时产生的还是一个谜。这些基因拷贝在小小的拟南芥中惊人的丰富度表明，基因组复制在进化中所起的作用可能比我们早先认为的还要大。

为什么这些基因会复制？它们何时复制？要回答这些问题需要许多计算机比较和差异分析。

科学家们反复比较了拟南芥基因拷贝与其它植物中的基因，试图查明哪些基因曾经“共同生活在一起。”该研究的作者之一、乔治亚大学的研究生Brad Chapman说。“具有类似基因组合的复制、并且以类似方式排列的基因组，可能已长期共同存在了很长时间，Chapman 说。

“我们检查了许多许多组合。”Paterson 说。“我们检查了拟南芥与棉花、花椰菜、苜蓿、大豆、马铃薯、水稻、松树以及苔藓的组合。”

经过22000多次这样的比较，研究结果已只有一步之遥，科学家们寻找了关键点。关键点表明了复制时间何时发生，Paterson 说。这项研究证明，拟南芥的基因组至少复制了两次，也许还有第三次。

每次复制事件发生时，拟南芥的全部遗传序列都加倍。所有植物的遗传材料都有许多多余拷贝。随着时间的推移，这些多余基因被重新组合或丢失。研究人员怀疑这个机制或许可以解释不同物种的出现。

“2亿多万年前发生的基因组复制事件事实上发生于所有植物中。”Paterson说。“8千万年前发生的复制对许多植物有影响，但不是所有植物。”

这项研究引起了科学界的注意，因为它将进化方法与基因组数据结合在一起，对自然世界有了更多的了解。

这些信息将产生重要的经济影响，因为科学家可以更好地利用拟南芥序列。科学家可以研究和改进其它DNA还没有完全测序的植物，如花生、棉花、小麦等，节省了时间或金钱。

“例如，我们可以抽取2000个已知棉花基因，与拟南芥序列进行比较，通过分析，可以更好地推测其它48000个基因。”Paterson 说。（生物通编译）