Epilobieae基因组揭示桃金娘目(Myrtales)进化之谜：全基因组复制(WGD)事件驱动染色体多样性与环境适应

本研究针对桃金娘目(Myrtales)系统发育关系争议及Epilobieae族染色体进化机制不明的问题，通过测序柳兰(Chamerion angustifolium)和柳叶菜(Epilobium hirsutum)的基因组，结合24个桃金娘目物种比较分析，重建了基于994个单拷贝/低拷贝基因的稳健系统发育框架，支持Combretaceae与Myrtaceae-Melastomataceae的姐妹群关系；揭示Epilobieae经历两次全基因组复制(WGD)事件后染色体数从n=9增至n=18，并通过非整倍体减数产生现存多样性；发现WGD保留基因富集于环境信息处理通路，多外显子结构促进可变剪接，为植物适应性进化提供新见解。论文发表于《BMC Plant Biology》。

　　

桃金娘目(Myrtales)作为超级蔷薇类(Superrosidae)中物种最丰富的分支之一，包含许多具有重要经济价值的植物，如桉树、石榴和红树林物种。然而，这个目的系统发育关系长期存在争议，尤其是Combretaceae科的系统位置尚未明确。更令人困惑的是，柳叶菜科(Epilobieae)的染色体数目呈现惊人的多样性(n=9-54)，推测与全基因组复制(Whole Genome Duplication, WGD)事件相关，但其具体进化机制仍是未解之谜。

为破解这些科学难题，西北大学生命科学学院陕西省动物保护重点实验室的研究团队联合南京农业大学园艺学院等单位，选取柳叶菜科代表性物种柳兰(Chamerion angustifolium)和柳叶菜(Epilobium hirsutum)进行全基因组测序，结合24个桃金娘目物种的基因组数据，开展了一项跨尺度的进化研究。

研究人员采用PacBio长读长测序和Hi-C染色体构象捕获技术，分别获得636.59 Mb和400.23 Mb的高质量基因组组装，scaffold N50达31.64 Mb和18.47 Mb。通过比较基因组学分析，利用Ks值分布检测古多倍化事件，结合ChromEvol软件推断祖先染色体数目；采用GLMM模型分析WGD保留基因的特征；基于994个单拷贝/低拷贝直系同源基因簇，使用ASTER构建物种树。

研究结果揭示：

1. 桃金娘目系统发育框架：通过四组不同覆盖度的基因集(994/939/706/339 HOGs)构建的合并树一致支持Combretaceae与Myrtaceae-Melastomataceae构成姐妹群，而Onagraceae与Lythraceae形成另一独立分支。这一基于核基因的结论解决了此前质体基因组研究的分歧。

2. 染色体进化历程：Ks分析发现柳兰和柳叶菜共同经历两次WGD事件——84.9 Mya的WGDA事件和30.6 Mya的WGDE事件。祖先重建表明Epilobieae祖先染色体数通过WGDE从n=9倍增至n=18，后续非整倍体减数产生n=12(6+6)、n=13(7+6)等变异类型。

3. WGD保留基因特征：GLMM分析显示，与环境信息处理(Plant hormone signal transduction)、代谢(Flavonoid biosynthesis)相关的多外显子基因更易被保留。这些基因通过可变剪接(Alternative splicing, AS)促进功能分化，如磷酸肌醇信号系统(Phosphatidylinositol signaling system)通路基因可能增强对生物/非生物胁迫的抗性。

4. 物种形成机制：大规模染色体重排（如柳兰4号与9号染色体的共线性区块）可能抑制基因流，推动Epilobieae的快速物种分化。

这项研究首次整合基因组学与细胞遗传学证据，阐明了桃金娘目的深层系统发育关系，提出"WGD-染色体重排-适应性进化"的物种形成模型。发现环境响应基因在多倍化过程中的选择性保留规律，为理解植物适应性进化提供新视角。柳叶菜科基因组资源的发布，将为后续植物多倍化研究和作物遗传改良提供重要参考。