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作為已知壽命最長的植物之一，百歲蘭(又名千歲蘭)個體壽命可長達3000年，且形態極為獨特：一生僅有兩片葉，持續生長不脫落。其遺傳分化的生物和非生物因子是什么？性別決定是何分子機制？這些議題學界長期關注并持續研究，社會大眾也頗感興趣。
來自中國科學院植物研究所的最新消息說，該所汪小全研究團隊通過深入研究，成功揭示出百歲蘭局域分布群體間基因組的分化式樣和機制，并確定其性別決定系統和性別連鎖區域。相關成果論文近日在國際學術期刊《細胞報告》(Cell Reports)上發表。
本項研究的百歲蘭采樣地點、生境、形態和群體遺傳結構。中國科學院植物研究所供圖
論文通訊作者汪小全研究員表示，百歲蘭是裸子植物中買麻藤類百歲蘭科的唯一現存物種，被國際植物學會列為世界八大珍稀植物之一。本項研究成果對理解裸子植物局域群體遺傳分化和適應，以及性別決定系統和性染色體進化等具有重要意義，也為這一珍稀植物的保護策略制定奠定了科學基礎。
百歲蘭僅分布于非洲西南部的納米布沙漠，其分布區沿大西洋海岸南北延伸超1000公里，形成多個片段化的分布區域。已有研究表明，其群體在這些區域間發生了顯著的遺傳分化。研究團隊通過野外實地考察發現，該物種地理距離很近的群體間也在生境、物候期等方面發生了顯著分化。
此外，百歲蘭是功能性雌雄異株植物，個體或產生具可育雄蕊和不育胚珠的兩性球花，或僅產生具可育胚珠的雌球花。這一性狀在買麻藤類中具有一定的代表性，卻明顯不同于大多數裸子植物的單性球花結構。
論文第一作者、中國科學院植物研究所博士后孫靜靜介紹說，為探討百歲蘭的遺傳分化和性別決定機制，研究團隊利用已經測序的百歲蘭基因組，對該物種分布于納米布沙漠南端地理距離很近的5個群體130個個體進行全基因組重測序，并開展群體基因組比較和環境因子等綜合分析。
研究顯示，基因組在這些群體間發生顯著分化，地理隔離是重要驅動力，其通過限制基因流直接導致譜系間的遺傳分化，環境因素(尤其是土壤異質性)在群體分化中也具有重要作用。同時，百歲蘭以蟲媒傳粉為主、傳粉動物的飛行力弱，并靠水力協助擴散種子，這些特性也限制了群體間的基因交流，加強了群體間遺傳分化。
基因組變異檢測還發現，百歲蘭群體間的基因組分化景觀呈現高度異質性，基因組島嶼廣泛分布于整個基因組，這主要歸因于祖先多態的差異分選和搭車效應。
本項研究中百歲蘭的性別連鎖區域與性別決定系統。中國科學院植物研究所供圖
性別決定機制方面，通過對30株雄性和30株雌性百歲蘭個體的全基因組關聯分析，研究團隊發現其性別決定系統為XY型，性別連鎖區域位于6號染色體的相關區域。不過，在該區域中并未發現已知在其他裸子植物(如蘇鐵、銀杏)性別決定中起關鍵作用的MADS-box基因家族成員。
研究團隊認為，結合蘇鐵、銀杏等基部裸子植物類群同樣為XY型性別決定系統等證據，百歲蘭科的XY型性別決定系統這一發現，暗示著裸子植物的共同祖先可能是XY型性別決定系統。