全球科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用18億個(gè)字母的遺傳密碼揭示了植物的巨大DNA生命樹
發(fā)布時(shí)間:2025-11-23 05:53:01 作者:玩站小弟
我要評(píng)論
科學(xué)家們對(duì)寄生植物Pilostyles aethiopica進(jìn)行了測(cè)序,這種植物生活在其他植物內(nèi)部,只有在開花時(shí)才能看到。DNA測(cè)序?qū)@種植物所在的類群進(jìn)行了重新分類。來源:uux.cn/Sidoni
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科學(xué)家們對(duì)寄生植物Pilostyles aethiopica進(jìn)行了測(cè)序,這種植物生活在其他植物內(nèi)部,科學(xué)只有在開花時(shí)才能看到。團(tuán)隊(duì)成都溫江(外圍經(jīng)紀(jì)人)外圍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)DNA測(cè)序?qū)@種植物所在的使用示植A生類群進(jìn)行了重新分類。來源:uux.cn/Sidonie Bellot,字母RBG Kew
(神秘的傳密地球uux.cn)據(jù)英國皇家植物園:英國皇家植物園領(lǐng)導(dǎo)的279名科學(xué)家組成的國際團(tuán)隊(duì)今天(4月24日)在《自然》雜志上發(fā)表了一篇新論文,介紹了對(duì)開花植物生命樹的碼揭命樹最新了解。
這一令人難以置信的全球成就利用了來自9500多個(gè)物種的18億個(gè)字母的遺傳密碼,涵蓋了近8000個(gè)已知的科學(xué)開花植物屬(約60%),為開花植物的團(tuán)隊(duì)進(jìn)化史及其在地球上的生態(tài)優(yōu)勢(shì)提供了新的線索。
該研究的使用示植A生作者認(rèn)為,這些數(shù)據(jù)將有助于未來在氣候變化和生物多樣性喪失的字母情況下識(shí)別新物種、完善植物分類、傳密發(fā)現(xiàn)新的碼揭命樹藥用化合物以及保護(hù)植物。
這一植物科學(xué)的全球重要里程碑,由邱領(lǐng)導(dǎo),涉及138個(gè)國際組織,建立在比任何對(duì)開花植物生命樹的可比研究都多15倍的數(shù)據(jù)之上。在為這項(xiàng)研究測(cè)序的物種中,有800多個(gè)以前從未進(jìn)行過DNA測(cè)序。
這項(xiàng)研究解鎖的成都溫江(外圍經(jīng)紀(jì)人)外圍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)數(shù)據(jù)量之大,需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)18年的時(shí)間來處理,這是朝著為所有33萬種已知開花植物建造生命之樹邁出的一大步——這是邱生命之樹倡議的一項(xiàng)重大任務(wù)。
RBG Kew研究員Alexandre Zuntini博士表示,“分析這一前所未有的數(shù)據(jù)量,以解碼隱藏在數(shù)百萬個(gè)DNA序列中的信息,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。但這也為重新評(píng)估和擴(kuò)展我們對(duì)植物生命樹的知識(shí)提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì),為探索植物進(jìn)化的復(fù)雜性打開了一扇新的窗口?!?br>

被子植物生命樹建立在比可比研究多15倍的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,涉及9500多種不同開花植物的測(cè)序。來源:uux.cn/RBG Kew
解鎖歷史植物標(biāo)本館標(biāo)本進(jìn)行尖端研究
開花植物生命樹,就像我們自己的家譜一樣,使我們能夠了解不同物種之間的關(guān)系。生命之樹是通過比較不同物種之間的DNA序列來發(fā)現(xiàn)的,以識(shí)別隨著時(shí)間的推移而積累的變化(突變),就像分子化石記錄一樣。
隨著DNA測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步,我們對(duì)生命之樹的理解正在迅速提高。在這項(xiàng)研究中,開發(fā)了新的基因組技術(shù),從每個(gè)樣本中磁性捕獲數(shù)百個(gè)基因和數(shù)十萬個(gè)遺傳密碼字母,比早期的方法多了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
該團(tuán)隊(duì)方法的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是,即使DNA嚴(yán)重受損,也能對(duì)各種各樣的植物材料進(jìn)行測(cè)序,包括新舊植物材料。世界植物標(biāo)本館收藏的大量干燥植物材料寶庫,包括近4億個(gè)植物科學(xué)標(biāo)本,現(xiàn)在可以進(jìn)行基因研究。
利用這些標(biāo)本,該團(tuán)隊(duì)成功地對(duì)近200年前在尼泊爾采集的一個(gè)沙蒿標(biāo)本(全球沙蒿)進(jìn)行了測(cè)序,盡管其DNA質(zhì)量較差,但仍能將其放入生命之樹。
該團(tuán)隊(duì)甚至分析了已經(jīng)滅絕的植物,比如瓜達(dá)盧佩島橄欖(Hespeelaea palmeri),自1875年以來就沒有人見過它活著。事實(shí)上,根據(jù)世界自然保護(hù)聯(lián)盟紅色名錄,已測(cè)序的物種中有511個(gè)已經(jīng)面臨滅絕的風(fēng)險(xiǎn),其中還有三個(gè)類似于已經(jīng)滅絕的赫斯佩拉。
生命之樹高級(jí)研究負(fù)責(zé)人William Baker教授說:“在許多方面,這種新穎的方法使我們能夠通過利用歷史植物標(biāo)本館中的豐富數(shù)據(jù)與過去的植物學(xué)家合作,其中一些標(biāo)本早在19世紀(jì)初就被收集到了。
“我們杰出的前輩,如查爾斯·達(dá)爾文或約瑟夫·胡克,無法預(yù)料這些標(biāo)本在今天的基因組研究中會(huì)有多么重要。DNA甚至在他們的一生中都沒有被發(fā)現(xiàn)!
“我們的工作表明,這些令人難以置信的植物博物館對(duì)地球上生命的開創(chuàng)性研究是多么重要。誰知道它們還有哪些未被發(fā)現(xiàn)的科學(xué)機(jī)會(huì)呢?”
在測(cè)序的9506個(gè)物種中,3400多個(gè)來自48個(gè)國家的163個(gè)草藥庫。來自世界各地植物收藏的額外材料(如DNA庫、種子、活體收藏)對(duì)于填補(bǔ)關(guān)鍵知識(shí)空白至關(guān)重要,從而為開花植物進(jìn)化史提供新的線索。該團(tuán)隊(duì)還受益于1900多個(gè)物種的公開數(shù)據(jù),突出了開放科學(xué)方法對(duì)未來基因組研究的價(jià)值。
揭示達(dá)爾文令人憎惡的奧秘
僅開花植物就占陸地上所有已知植物生命的90%左右,在地球上幾乎無處不在——從最潮濕的熱帶到南極半島的巖石露頭。然而,我們對(duì)這些植物是如何在起源后不久就占據(jù)主導(dǎo)地位的理解,讓包括查爾斯·達(dá)爾文在內(nèi)的幾代科學(xué)家感到困惑。
開花植物起源于1.4億多年前,之后它們迅速超過了其他維管植物,包括它們現(xiàn)存的近親裸子植物(種子裸露的非開花植物,如蘇鐵、針葉樹和銀杏)。
達(dá)爾文對(duì)化石記錄中突然出現(xiàn)的這種多樣性感到困惑。在1879年寫給他的密友、RBG邱園主任Joseph Dalton Hooker的一封信中,他寫道:“據(jù)我們所知,在最近的地質(zhì)時(shí)代,所有高等植物的快速發(fā)展是一個(gè)令人憎惡的謎?!?br>利用200塊化石,作者根據(jù)時(shí)間縮放了他們的生命樹,揭示了開花植物是如何在地質(zhì)時(shí)期進(jìn)化的。他們發(fā)現(xiàn),早花植物的多樣性確實(shí)激增,在它們起源后不久就產(chǎn)生了今天存在的80%以上的主要譜系。
然而,在接下來的1億年里,這一趨勢(shì)下降到了一個(gè)更穩(wěn)定的速度,直到大約4000萬年前,隨著全球氣溫的下降,多樣化再次激增。這些新的見解會(huì)讓達(dá)爾文著迷,肯定會(huì)幫助今天的科學(xué)家應(yīng)對(duì)理解物種如何以及為什么多樣化的挑戰(zhàn)。

為這項(xiàng)研究測(cè)序的最古老的植物是納撒尼爾·沃利奇于1829年收集的一個(gè)干燥的全球阿倫納利植物標(biāo)本館標(biāo)本。來源:RBG Kew
真正的全球合作
如果沒有邱大學(xué)的科學(xué)家與全球許多合作伙伴的合作,組裝一棵如此廣泛的生命樹是不可能的??偣灿?79名作者參與了這項(xiàng)研究,他們代表了來自27個(gè)國家138個(gè)組織的許多不同國籍。其中包括澳大利亞植物基因組學(xué)(GAP)聯(lián)盟,他們是該團(tuán)隊(duì)技術(shù)的早期采用者,并與邱園密切合作,最大限度地增加樹上的澳大利亞植物物種數(shù)量。
國際合作者還分享了他們獨(dú)特的植物學(xué)專業(yè)知識(shí),以及許多來自世界各地的珍貴植物樣本,如果沒有他們的幫助,這些樣本是無法獲得的。這棵樹的綜合性在很大程度上是這種奇妙伙伴關(guān)系的結(jié)果。
澳大利亞生物平臺(tái)公司項(xiàng)目經(jīng)理、GAP聯(lián)盟的Mabel Lum博士表示:“我們很自豪能成為RBG Kew建立全球研究基礎(chǔ)設(shè)施的主要合作伙伴和合作者,以促進(jìn)我們對(duì)開花植物生命樹的理解。這一富有成果的合作強(qiáng)調(diào)了我們致力于促進(jìn)科學(xué)研究的創(chuàng)新和合作,為未來的發(fā)現(xiàn)提供了跳板,這將有助于塑造我們對(duì)未來幾代人自然世界的理解。”

Alstonia spectabilis是一種對(duì)當(dāng)?shù)氐骂D人具有重要藥用價(jià)值的物種,并首次被測(cè)序。來源:uux.cn/RBG Kew
好好利用生命之樹
開花植物生命樹在生物多樣性研究中具有巨大的潛力。這是因?yàn)?,正如人們可以根?jù)元素在周期表中的位置來預(yù)測(cè)元素的性質(zhì)一樣,物種在生命樹中的位置也讓我們能夠預(yù)測(cè)其性質(zhì)。因此,這些新數(shù)據(jù)將對(duì)加強(qiáng)許多科學(xué)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域具有寶貴價(jià)值。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),公眾和科學(xué)界都可以公開、自由地訪問這棵樹和支撐它的所有數(shù)據(jù),包括通過邱園生命樹探索者。該研究的作者認(rèn)為,這種開放獲取是全球科學(xué)數(shù)據(jù)民主化的關(guān)鍵。
開放獲取還將幫助科學(xué)家充分利用這些數(shù)據(jù),例如將其與人工智能相結(jié)合,預(yù)測(cè)哪些植物物種可能包括具有藥用潛力的分子。同樣,生命之樹可以用來更好地了解和預(yù)測(cè)病蟲害未來將如何影響英國的植物。作者指出,最終,這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用將由訪問這些數(shù)據(jù)的科學(xué)家的獨(dú)創(chuàng)性驅(qū)動(dòng)。
RBG邱園高級(jí)研究負(fù)責(zé)人Melanie Jayne Howes博士不是這項(xiàng)研究的作者,但她將在研究中利用這些數(shù)據(jù),她說:“植物化學(xué)物質(zhì)激發(fā)了許多藥物的靈感,但在幫助未來藥物發(fā)現(xiàn)方面仍有巨大的未開發(fā)潛力。挑戰(zhàn)在于知道在從約33萬種開花植物中尋找新藥的過程中應(yīng)該科學(xué)地研究哪種?!薄?br>“在邱大學(xué),我們正在應(yīng)用人工智能來預(yù)測(cè)哪些植物物種含有對(duì)瘧疾有藥用潛力的化學(xué)物質(zhì)。這一龐大的新數(shù)據(jù)集的可用性為加強(qiáng)這些預(yù)測(cè)提供了令人興奮的機(jī)會(huì),從而加快了從植物中發(fā)現(xiàn)瘧疾和其他疾病的藥物。”

這棵新的生命樹重新分類了寬花菊的科和屬,寬花菊是一種結(jié)著奇異果實(shí)的熱帶小樹。來源:uux.cn/Danilo Tandang
開花植物生命樹中的杰出物種
因野生山羊而滅絕:Hespeelaea palmeri,也稱為瓜達(dá)盧佩島橄欖(olivo de la Isla de Guadalupe)。根據(jù)1875年醫(yī)生愛德華·帕爾默在墨西哥下加利福尼亞州瓜達(dá)盧佩島采集的邱園植物標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序。一種屬于橄欖科(木犀科)的樹,由于非本地山羊過度放牧,現(xiàn)已滅絕。
已測(cè)序的最古老的標(biāo)本:格氏Arenaria globiflora,也被稱為尼泊爾沙蒿。根據(jù)1829年納撒尼爾·沃利奇在邱園采集的植物標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序。這個(gè)引人注目的標(biāo)本來自一種生長(zhǎng)在海拔3600米以上的喜馬拉雅山植物。
寄生植物家族之謎被解開:毛柄菌,莖吸盤科(Apodathaceae)的成員。根據(jù)Kew的Sidonie Bellot于2012年在津巴布韋收集的植物組織測(cè)序。這種奇怪的寄生蟲生活在其他植物的樹枝里,只有當(dāng)它開花時(shí)才能看到。此前人們認(rèn)為它與南瓜和秋海棠(Cucurbitals)有密切的親緣關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)它屬于Malpighiales群。
奇特的熱帶樹木,重新分類:寬花菊,黃山毛櫸科(Stemonuraceae)的成員。根據(jù)1993年在印度尼西亞新幾內(nèi)亞采集的邱園植物標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序。這種熱帶小樹結(jié)著奇異的針果,以前被歸入冬青科。新生命樹將其屬和科重新分類到一個(gè)全新的目中。
胡克19世紀(jì)50年代喜馬拉雅山探險(xiǎn)隊(duì)的竹子:頭倒立草,禾本科植物。根據(jù)1850年RBG Kew的第二任主任Joseph Hooker和他的朋友Thomas Thomson在印度采集的植物標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序。
首次對(duì)藥用植物進(jìn)行測(cè)序:壯觀的Alstonia spectabilis,也被特頓人稱為Kroti metan。根據(jù)1954年在巴布亞新幾內(nèi)亞采集的邱園植物標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序。這棵20米高的大樹生長(zhǎng)在東南亞和澳大利亞的熱帶雨林中。盡管對(duì)西帝汶的德頓人來說,治療瘧疾在醫(yī)學(xué)上很重要,也是一種寶貴的木材來源,但其DNA以前從未被測(cè)序過。
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