编辑推荐：
为解决红树林物种多倍体化的相关问题，研究人员以红树林灌木 Acanthus tetraploideus 为对象，开展其起源及转录组不对称性研究。结果证实其近期异源多倍体起源，转录组存在不对称性。该研究增进了对红树林物种多倍体化作用的理解。
在神秘的红树林世界里，隐藏着许多不为人知的进化奥秘。多倍体化在植物的进化历程中扮演着关键角色，大多数被子植物都经历过至少一次多倍体化事件。然而，对于生活在热带和亚热带海岸线潮间带的红树林物种而言，多倍体化在它们身上所起的作用却鲜为人知。红树林不仅是维持沿海生态系统稳定的重要一环，还为众多生物提供了独特的栖息环境。其中，Acanthus 属的一些物种，像 A. ebracteatus、A. ilicifolius 等，都是典型的红树林植物。此前发现的四倍体红树林植物 Acanthus tetraploideus，虽然初步研究暗示其可能起源于 A. ebracteatus 和 A. ilicifolius 的异源多倍体化事件，但这一结论缺乏全基因组层面的证据支持。而且，A. tetraploideus 转录组是否存在不对称性，以及这种不对称性是源于亲本遗传还是新的同源基因表达偏倚，都有待进一步探究。此外，其同源基因表达模式对自身进化和适应的影响也尚不明确。为了解开这些谜团，遵义医科大学珠海校区生物工程学院以及中山大学等研究机构的研究人员开展了深入研究。
研究人员通过 RNA 测序（RNA-seq）技术，对 A. tetraploideus 及其相关的二倍体红树林物种进行了全面分析。他们精心采集了来自不同地区的样本，确保样本具有代表性。在样本处理过程中，对每个植株进行了倍性水平评估，然后在温室中精心培育幼苗，采集新鲜叶片样本进行 RNA 提取和后续的测序分析。
研究结果如下：
- 二倍体红树林物种的系统发育和分化：通过对 10 个物种的单拷贝直系同源基因分析，构建了系统发育树并估算了分化时间。结果显示，A. ebracteatus 与 A. volubilis 的亲缘关系比与 A. ilicifolius 更近。Acanthus 红树林分支大约在 21.12 Mya（95% 可信区间，CI = 17.11 - 24.56 Mya）从非红树林分支分化出来，A. ilicifolius 在 9.59 Mya（95% CI = 7.47 - 12.30 Mya）率先分化，随后 A. ebracteatus 和 A. volubilis 在 6.92 Mya（95% CI = 5.12 - 8.81 Mya）分化。
- A. tetraploideus 的异源多倍体杂交起源：转录组分析发现，A. tetraploideus 的同源序列优先与 A. ebracteatus 或 A. ilicifolius 聚类。大量的单核苷酸多态性（SNP）分析表明，A. tetraploideus 中大部分 SNP 可归因于 A. ebracteatus 和 A. ilicifolius 的序列差异，这为其异源多倍体起源提供了有力证据。
- A. tetraploideus 与亲本二倍体的核苷酸差异：A. tetraploideus 的读序与 A. ebracteatus 和 A. ilicifolius 的基因比对显示，二者相似度极高，核苷酸差异比例较低，进一步支持了 A. tetraploideus 起源较近的观点。
- A. tetraploideus 同源基因表达变化：与计算机模拟的亲本混合相比，A. tetraploideus 中亲本同源基因表达差异显著降低，表明多倍体化抑制了同源基因表达的分化。同时，A. tetraploideus 中部分基因存在表达偏倚，且与二倍体亲本相比，出现了一些新的表达模式。
- A. tetraploideus 同源基因表达的调控：研究发现，A. tetraploideus 中反式调控的基因比例较高，这可能是导致亲本表达差异减弱的原因。此外，大部分基因属于保守调控组，这与 A. tetraploideus 相对较近的形成时间相符。
- 转录组改变的潜在功能意义：虽然在 A. tetraploideus 中未发现亚基因组优势的明显证据，但一些基因的表达变化可能与适应多倍体化有关。例如，某些与染色体动力学和细胞周期相关的基因，其表达模式的改变可能有助于维持多倍体基因组的稳定性。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过全基因组证据明确了 A. tetraploideus 近期异源多倍体的起源，其亲本为 A. ebracteatus 和 A. ilicifolius。转录组分析揭示了其转录组的不对称性，这种不对称性受到亲本遗传和多倍体化相关转录组冲击等因素的影响。尽管目前尚未发现转录组变化与特定适应性特征的直接联系，但一些基因的表达模式暗示了对稳定多倍体的遗传适应，这可能有助于 A. tetraploideus 在进化过程中立足并取得长期成功。该研究为深入理解红树林物种的多倍体化在物种形成和适应性进化中的作用提供了重要依据，丰富了人们对 Acanthus 属多倍体的认知，也为后续研究红树林物种的分子机制和进化力量奠定了坚实基础。
本研究主要运用了以下关键技术方法：
- RNA 测序（RNA-seq）：对 A. tetraploideus 及其相关二倍体物种进行测序，获取转录组数据。
- 系统发育分析：基于单拷贝直系同源基因构建系统发育树，分析物种间的亲缘关系和分化时间。
- SNP 分析：检测 A. tetraploideus 与亲本二倍体之间的单核苷酸多态性，探究其遗传差异和起源。
- 基因表达分析：通过分析同源基因表达，研究 A. tetraploideus 转录组的不对称性和调控机制。
