被子植物（开花植物）占陆地植物物种的90%以上，其繁盛常被归因于早期经历的全基因组加倍（WGD）事件——传统观点认为，种子植物共同祖先经历了一次加倍（ζ事件），而被子植物在其演化早期又独立经历了第二次加倍（ε事件）。 然而，这一假说近年来因分子定年方法的争议而悬而未决。中国科学院武汉植物园与根特大学团队在 Science Advances 发表的研究，通过引入剂量敏感基因（dosage-sensitive genes） 作为古多倍体事件的“高保真记录器”，重新检验了种子植物与被子植物的古多倍体历史。结果发现：

• 高度剂量敏感基因（参与蛋白复合体、信号通路、调控网络的组分）在WGD后倾向于被保留（因丢失单拷贝会破坏化学计量平衡），使其成为识别古WGD事件的可靠标记；

• 在早分化被子植物（无油樟Amborella trichopoda 与 马兜铃Aristolochia fimbriata ）中，仅检测到一次显著的WGD信号，对应种子植物祖先的ζ事件；

• 曾被认为由ε事件产生的基因保留峰值，在使用剂量敏感基因分析后消失，提示该信号可能源于定年方法伪影或后续谱系特异事件。

结论：被子植物并未在其演化早期经历独立的额外全基因组加倍，其多样性爆发可能更多依赖于ζ事件后基因的选择性保留、调控网络重塑与生态适应。

古多倍体假说：从“双重优势”到争议

全基因组加倍（WGD）被认为是植物演化的关键驱动力，提供冗余基因原料供自然选择塑造新功能。2011年，基于基因年龄分布的双峰模式，研究者提出：

• ζ事件：约3.2亿年前，种子植物共同祖先经历一次WGD；

• ε事件：约1.7亿年前，被子植物共同祖先又经历一次WGD。

该假说为被子植物的物种多样性提供了“二次优势”的合理解释。然而，2017年研究指出，双峰模式可能源于分子钟定年时不同节点校准不一致，导致伪信号。

方法：剂量敏感基因作为“演化档案”

本研究的关键创新是聚焦于剂量敏感基因：

• 定义：编码蛋白复合体、信号通路或调控网络核心组分的基因，其表达剂量需严格平衡（如核糖体蛋白、细胞周期调控因子）；

• WGD后的命运：由于单拷贝丢失会破坏化学计量平衡，剂量敏感基因在WGD后倾向于保留（而非快速退化）；

• 优势：与其他基因（可迅速丢失或功能分化）相比，剂量敏感基因的保留模式更忠实记录古WGD事件。

研究者通过比较观察到的基因拷贝数与WGD后理论预期拷贝数的相关性，量化了基因的剂量敏感性，并将基因分为四个等级（从最敏感到最不敏感）。

核心发现：只有ζ，没有ε

1. 早分化被子植物验证
选择无油樟（被子植物最基部类群）与马兜铃（木兰类，早分化支）作为研究对象，因其在被子植物分化后未发生谱系特异性WGD，适合探测古老事件。

2. 剂量敏感基因峰清晰指向ζ
当仅分析最敏感基因时，基因保留峰清晰对应种子植物共同祖先的ζ事件；而ε事件对应的峰几乎消失。

3. 定量分析

• 与理论预期相比，ε事件相关的基因保留率显著偏低；

• 相关分析与概率模型均不支持ε作为独立的古WGD事件。

对植物演化的重新解读

• 一次WGD的深远影响：种子植物共同祖先的ζ事件，已为后续所有陆生植物（裸子、被子）提供了足够的遗传原材料；

• 被子植物的成功之道：其多样性可能更多源于差异基因保留、调控网络重布线、生态位适应，而非再次的全基因组加倍；

• 方法学启示：剂量敏感基因分析可推广至其他存在古多倍体争议的类群（如脊椎动物、酵母）。

未来方向

• 将剂量敏感基因法应用于更多被子植物谱系，解析谱系特异性WGD的真实贡献；

• 结合单细胞转录组与表观遗传组，探究剂量敏感基因在发育过程中的精确表达调控；

• 在作物育种中，利用剂量敏感基因信息预测多倍体化对农艺性状（如产量、抗逆）的影响。

参考信息
Reference: “Revisiting ancient whole-genome duplications in the seed and flowering plants through the lens of dosage-sensitive genes” by Tao Shi et al., 2026, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.aea9797