10亿多年的进化因遗传测序为1,100株植物而亮起

1KP倡议是一个近200家科学家的合作努力，跨越绿藻，为陆地植物提供了一个框架，用于检查10亿多年的植物演化。

植物是进化冠军，主导地球的生态系统超过十亿多年，并使这个星球适合无数其他生命形式，包括我们。现在，科学家已经完成了九年的遗传追求，以闪耀着悠久的土地植物和绿藻的历史，揭示了这一超级生物体崛起的情节和愤怒的速度。

该项目称为一千种植体转录om倡议（1KP），将近200名植物生物学家汇集在一起​​，分析来自跨越绿树绿树的1,100种植物种类的基因。2019年10月23日的团队调查结果摘要本质上。

“在生命之树中，一切都是相互关联的，”艾伯塔大学生物科学大学1kp和教授的领导调查员Gane Ka-Shu Wong说。“如果我们想了解生命之树的工作原理，我们需要检查物种之间的关系。这就是遗传测序进来的地方。“

大部分植物研究都集中在农作物和一些模型物种上，遮挡了近五百万种强度的疏水板的进化背部。

为了获得植物演化的鸟瞰图，1kp团队测序转录om - 积极表达的基因集 - 照亮绿藻，苔藓，蕨类植物，针叶树，开花植物和绿色植物的所有其他谱系的遗传下衬里。

植物演进的一个标志是基因组重复的频率。开花植物着名用于制备其基因组的多份，这可能有助于新基因功能的演变。1KP项目未发现此组中的先前未知的复制事件。

“这给了一个更广泛的视角，而不是看起来刚刚看着都集中在进化树的一小部分中的作物，”佛罗里达大学教授和佛罗里达自然博物馆的佛罗里达州教授历史策展人。“通过具有这种更大的画面，您可以了解基因组中发生的变化如何，然后，您可以调查物理特征，化学或您感兴趣的任何其他功能的变化。”

研究共同作者Douglas Soltis，UF卓越的教授和佛罗里达博物馆策展人表示，一个挑战是项目的纯粹规模。

“看看许多基因组是无与伦比的，”他说。“这并不像跳跃的技术一样跳跃。”

测序转录om需要新鲜收集的组织，这是Soltis如何发现自己通过纳米液体容器的Geakesville的绿色植物来徒步旅行。回到实验室，团队从冷冻植物剪液中提取遗传物质，并将提取物发给中国进行测序。世界各地，他们的同事纷纷穿着衣服。

分析序列还需要重新加工现有软件，该软件并非旨在处理这样一个前所未有的遗传数据量，并且在没有资金的情况下，研究人员在他们有业余时间的数据上剔除。

帕梅拉·索尔蒂斯说，劳动力值得这一点。

“植物界得到了超过1,000套序列，”Soltis说，他也指导了UF生物分析研究所。“谁能争辩？植物生命树的所有这些分支都被填补了。“

一个植物演化的一个标志 - 和动物中很少见到的特征 - 是基因组重复的频率。一遍又一遍地，谱系翻了一番，三倍或甚至四倍的整个基因组，导致大规模的基因组大小。虽然全基因组重复的目的尚不清楚，但科学家怀疑它可能会推动进化创新：如果您有两个基因副本，则一份副本可以逐渐发展新功能。

道格拉斯·索尔蒂斯说，解决植物中全基因组重复频率的频率是1kp的目标之一。虽然开花植物和蕨类植物已经着名以因基因组复制而闻名，但是，索尔蒂斯表示，1KP在这些群体中揭开了许多以前未知的复制事件，以及包括针叶树的植物组中的肥华。

其他植物谱系采用不同的路线，扩展某些基因家族，而不是复制整个基因组。这也被认为是为进化发展提供新的途径，并不令人惊讶的是，研究团队在血管植物外观之前发现了基因的重大扩张，与木质植物和韧皮植物的土地植物 - 特殊细胞用于运输水和营养素。

但Douglas Soltis表示，基因扩展并不总是对应于主要植物进化里程碑。

“在种子植物出现或开花植物之前，没有太大的扩张，”他说。“事实上，开花植物实际上萎缩了某些基因家族，这可能是他们只是对新功能共同选择现有基因的标志。”

另一个惊喜的发现是苔藓，利物木和犀鸟形成一个相关的小组，确认了近几十年来逆转的几个历史悠久的假设。

“我们在2014年进行了部分分析，建议这些植物是近亲的亲戚，但很多人都不相信。这些结果强调了那些调查结果，“Pamela Soltis说。“它会摇滚苔藓世界。”

研究人员说，虽然该项目擅自了解对血统之间的植物演化和关系的关系，但这些数据也是推进作物科学，医学等领域的宝贵工具。

Pamela Soltis说，鉴定了在开花植物中复制的基因可以帮助科学家更好地了解它们的功能，这可能导致作物改进。

由于许多植物具有药用效益，因此1KP项目提供的遗传数据可能导致改善人类健康的新发现。

“我们专注于从已知的植物谱系中收集的很多野生样本，以获得重要的化学，希望人们可以为新的化合物挖掘这种材料，”Douglas Soltis说。

1KP团队生成的序列通过曲线数据公共公共公开可公开访问。

“可能是数百来自我们甚至不知道的方式使用这些数据，”Pamela Soltis说。“这是这项研究的超酷方面。”

但是1KP团队几乎没有时间庆祝其成就。下一个目标？测序10,000个基因组。

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参考：一千个植物转录om倡议，2019年10月23日，“绿色植物的一千种植植物转录om和绿育”，自然：
10.1038 / s41586-019-1693-2

Matthew Gitzendanner，Evgeny Mavrodiev和Grant Godden of佛罗里达博物馆和UF的Biologyalso部门的Emily Sessa共同撰写了这项研究。格鲁吉亚大学詹姆斯·李宾 - 麦克是一个与会合作作者。

1KP倡议由艾伯塔省先进的教育和艾伯塔省创新，摩札，中国的国家重点研发计划，中华人民共和国科技部，农业基因组学国家重点实验室广东省重点实验室。BGI的测序活动也得到了深圳市政府的支持。中国国家Genebank，德克萨斯高级计算中心，Westgrid和Compute Canada提供了计算支持。国家科学基金会，NSF资助的IPLANT协作，国家卫生研究院，德国研究基金会以及加拿大自然科学和工程研究委员会提供了额外的支持。

上面的报价来自Gane Ka-Shu Wong首先出现在格鲁吉亚大学和艾伯塔大学发表的联合新闻稿中。