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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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【中青在線】中國(guó)科學(xué)家解開了蘭花進(jìn)化之謎

2017-09-15 中青在線武欣中

【字體：大中小】

語音播報(bào)

　　蘭花有近3萬種，約占開花植物物種的10%，作為植物界種類最豐富的家族之一，它生活在地球幾乎每一個(gè)棲息地，呈現(xiàn)出巨大的多樣性。蘭花其花的起源、進(jìn)化和多樣性的形成，被稱為蘭花進(jìn)化之謎。一百多年來，全世界無數(shù)科學(xué)家不斷致力于解開這一謎團(tuán)。

　　據(jù)介紹，蘭科有5個(gè)亞科，包括“擬蘭亞、香莢蘭亞科、杓蘭亞科、蘭亞科和樹蘭亞科”。很早之前，劉仲健科研團(tuán)隊(duì)就已注意擬蘭屬物種擁有幾個(gè)獨(dú)特的特征而有別于其它蘭花,具有與仙茅相似的“原始”性狀，被認(rèn)為最接近于達(dá)爾文推測(cè)的“假蘭”，是研究蘭花進(jìn)化的好材料，但取材非常困難。

　　2011年，劉仲健團(tuán)隊(duì)在深圳市梧桐山上發(fā)現(xiàn)了一種擬蘭新物種，將其命名為“深圳擬蘭”,它的發(fā)現(xiàn)為蘭科植物進(jìn)化研究提供了很好的實(shí)驗(yàn)材料。研究團(tuán)隊(duì)在二代測(cè)序基礎(chǔ)上，結(jié)合三代測(cè)序和相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)深圳擬蘭、小蘭嶼蝴蝶蘭和鐵皮石斛進(jìn)行基因組組裝，使測(cè)序?qū)ο蟮幕蚪M組裝質(zhì)量更高。研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)蘭科5個(gè)亞科的代表性物種進(jìn)行取樣,從而獲取大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)用于基因功能分析和驗(yàn)證。通過基因組比較，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蘭花有474個(gè)特有基因家族，因此得以重建一個(gè)蘭花祖先的基因工具包和基因池，并可從中窺視蘭花新的基因家族及其擴(kuò)張和收縮的進(jìn)化歷史，從而揭示了蘭花相關(guān)性狀和習(xí)性進(jìn)化的分子機(jī)制。

　　據(jù)悉，深圳擬蘭有36個(gè)MADS-box功能基因，它們調(diào)控蘭花的花部器官發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，擬蘭的花沒有唇瓣和完整的蕊柱是由于B-AP3和E類基因丟失所造成的。而蘭花的祖先通過WGD后，復(fù)制了B-AP3基因調(diào)控花瓣唇瓣化，使蘭花呈現(xiàn)出兩側(cè)對(duì)稱，形成了特異性傳粉機(jī)制，促進(jìn)了蘭花新物種產(chǎn)生和多樣性形成，這也是兩側(cè)對(duì)稱蘭花種類比輻射對(duì)稱種類多的原因。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了人們對(duì)蘭花的進(jìn)化是由輻射對(duì)稱向兩側(cè)對(duì)稱演化的認(rèn)知，修正了達(dá)爾文關(guān)于蘭花演化的假說。本研究在世界上首次完整重建了蘭花進(jìn)化的基因工具包和演化路線圖，揭示了蘭花花部器官發(fā)育的分子機(jī)制，更正了人們對(duì)蘭花進(jìn)化的傳統(tǒng)認(rèn)知，填補(bǔ)了植物學(xué)研究的多個(gè)空白，為植物進(jìn)化生物學(xué)研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和重要借鑒，為蘭科植物形態(tài)特征的功能研究提供重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)。同時(shí)，蘭花全基因組序列也將為蘭花遺傳工程育種研究提供重要資源和基礎(chǔ)，對(duì)于促進(jìn)蘭科植物保護(hù)，藥用資源開發(fā)、品種創(chuàng)新具有重大意義。

　　由國(guó)家蘭科中心劉仲健教授領(lǐng)銜比利時(shí)根特大學(xué)、臺(tái)灣成功大學(xué)、中科院植物研究所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、日本埼玉大學(xué)等高校和科研院所組成的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)以深圳擬蘭為突破口，通過對(duì)深圳擬蘭進(jìn)行全基因組測(cè)序以及小蘭嶼蝴蝶蘭、鐵皮石斛進(jìn)行全基因組重測(cè)序，并結(jié)合其它蘭科和非蘭科植物的轉(zhuǎn)錄組及其基因功能分析，揭示了蘭花的起源及其花部器官發(fā)育和生長(zhǎng)習(xí)性以及多樣性形成的分子機(jī)制和演化路徑，成功解開了困擾人類一百多年的蘭花進(jìn)化之謎。研究成果以“The Apost asiagenome and the evolution of orchids”為題刊登于2017年9月13日的世界頂級(jí)科技期刊Nature《自然》。
　　蘭花有近3萬種，約占開花植物物種的10%，作為植物界種類最豐富的家族之一，它生活在地球幾乎每一個(gè)棲息地，呈現(xiàn)出巨大的多樣性。蘭花其花的起源、進(jìn)化和多樣性的形成，被稱為蘭花進(jìn)化之謎。一百多年來，全世界無數(shù)科學(xué)家不斷致力于解開這一謎團(tuán)。
　　據(jù)介紹，蘭科有5個(gè)亞科，包括“擬蘭亞、香莢蘭亞科、杓蘭亞科、蘭亞科和樹蘭亞科”。很早之前，劉仲健科研團(tuán)隊(duì)就已注意擬蘭屬物種擁有幾個(gè)獨(dú)特的特征而有別于其它蘭花,具有與仙茅相似的“原始”性狀，被認(rèn)為最接近于達(dá)爾文推測(cè)的“假蘭”，是研究蘭花進(jìn)化的好材料，但取材非常困難。
　　2011年，劉仲健團(tuán)隊(duì)在深圳市梧桐山上發(fā)現(xiàn)了一種擬蘭新物種，將其命名為“深圳擬蘭”,它的發(fā)現(xiàn)為蘭科植物進(jìn)化研究提供了很好的實(shí)驗(yàn)材料。研究團(tuán)隊(duì)在二代測(cè)序基礎(chǔ)上，結(jié)合三代測(cè)序和相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)深圳擬蘭、小蘭嶼蝴蝶蘭和鐵皮石斛進(jìn)行基因組組裝，使測(cè)序?qū)ο蟮幕蚪M組裝質(zhì)量更高。研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)蘭科5個(gè)亞科的代表性物種進(jìn)行取樣,從而獲取大量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)用于基因功能分析和驗(yàn)證。通過基因組比較，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蘭花有474個(gè)特有基因家族，因此得以重建一個(gè)蘭花祖先的基因工具包和基因池，并可從中窺視蘭花新的基因家族及其擴(kuò)張和收縮的進(jìn)化歷史，從而揭示了蘭花相關(guān)性狀和習(xí)性進(jìn)化的分子機(jī)制。
　　據(jù)悉，深圳擬蘭有36個(gè)MADS-box功能基因，它們調(diào)控蘭花的花部器官發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，擬蘭的花沒有唇瓣和完整的蕊柱是由于B-AP3和E類基因丟失所造成的。而蘭花的祖先通過WGD后，復(fù)制了B-AP3基因調(diào)控花瓣唇瓣化，使蘭花呈現(xiàn)出兩側(cè)對(duì)稱，形成了特異性傳粉機(jī)制，促進(jìn)了蘭花新物種產(chǎn)生和多樣性形成，這也是兩側(cè)對(duì)稱蘭花種類比輻射對(duì)稱種類多的原因。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了人們對(duì)蘭花的進(jìn)化是由輻射對(duì)稱向兩側(cè)對(duì)稱演化的認(rèn)知，修正了達(dá)爾文關(guān)于蘭花演化的假說。本研究在世界上首次完整重建了蘭花進(jìn)化的基因工具包和演化路線圖，揭示了蘭花花部器官發(fā)育的分子機(jī)制，更正了人們對(duì)蘭花進(jìn)化的傳統(tǒng)認(rèn)知，填補(bǔ)了植物學(xué)研究的多個(gè)空白，為植物進(jìn)化生物學(xué)研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和重要借鑒，為蘭科植物形態(tài)特征的功能研究提供重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)。同時(shí)，蘭花全基因組序列也將為蘭花遺傳工程育種研究提供重要資源和基礎(chǔ)，對(duì)于促進(jìn)蘭科植物保護(hù)，藥用資源開發(fā)、品種創(chuàng)新具有重大意義。

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