破解“达尔文之谜”的关键！《Cell》揭示植物演化速率显著快于动物，并揭示植物生态成功和物种多样化的核心机制

类人猿的全基因组进化研究表明，在系统发育上密切相关的物种，尽管表现出明显不同的形态表型，但却共享很大比例的蛋白质编码基因，这表明编码序列的改变只能部分解释表型创新。影响基因时空表达的变化对物种的表型进化起着重要作用，近年来在哺乳动物中得到了广泛的研究。

被子植物是当今植物界最进化、种类最丰富的类群，占陆地植物种类的90%以上，与人类生活密切相关。然而，古生物学研究发现，被子植物化石在白垩纪地层中突然大量出现，而在更早的侏罗纪地层中却几乎找不到它们的祖先类群和早期演化的线索。在1879年达尔文提出的关于被子植物（开花植物）起源和早期演化的困惑。达尔文发现，被子植物化石在白垩纪（约1.2亿年前）地层中"突然大量出现"，这与进化论认为生物演化是渐进的、缓慢的观点相悖，因此他称之为"讨厌之谜"（abominable mystery），也称达尔文之谜（Darwin's Abominable Mystery）。考虑到哺乳动物物种的多样化程度相对较低，而被子植物的数量和生态优势（6,649种哺乳动物对1,500,000种被子植物），研究人员假设两个分支和王国的基因表达水平以不同的速度进化。

2026年1月6日，英国剑桥大学Elliot M. Meyerowitz团队在Cell 在线发表题为“Evolutionary transcriptomics unveils rapid changes of gene expression patterns in flowering plants”的研究论文，该研究通过构建涵盖7种代表性被子植物（从拟南芥到二穗短柄草，跨越1.6亿年）8个关键器官的高质量发育转录组图谱（DevSeq图谱），获得了7003个核心直系同源蛋白编码基因的表达数据。该研究证明了被子植物蛋白编码基因的表达模式分化迅速。

文章模式图（图源自Cell ）

研究发现，参与内源性和环境刺激反应、促进广泛生态耐受性、适应性进化和物种形成的基因的表达变化率特别高。这项研究强调了生态和进化动力学是如何高度相关的，表明表达分化率不同于先前对哺乳动物的描述，并提供了一个全面的资源来进行转录组进化的跨王国比较研究。

总之，本研究的意义在于首次通过大规模的跨物种比较转录组学，定量揭示了被子植物基因表达快速演化的特征，并指明了环境响应基因是表达演化的“热点”，这为解释被子植物快速适应多样生境并实现辐射演化的现象提供了关键的分子机制。其应用价值深远：在基础研究层面，该成果建立的DevSeq数据集和在线分析平台为植物进化发育生物学提供了宝贵资源；在应用层面，理解环境响应基因表达的快速演化规律，有助于我们预测植物对全球气候变化的适应潜力，并为利用合成生物学手段定向改造作物的环境适应性、培育抗逆新品种提供了新的理论依据和基因靶点。

参考消息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01428-X