科学家揭示1.35亿年前植物-蚂蚁伙伴关系的起源

科学家揭示1.35亿年前植物-蚂蚁伙伴关系的起源一项新研究发现，大约在1.35亿年前，蕨类植物和开花植物同时进化出了蜜腺，这表明它们与蚂蚁之间的互惠关系也发生了平行进化，这对了解植物进化和物种间相互作用具有重要意义。资料来源：田纳西大学诺克斯维尔分校例如，有些植物设法招募蚂蚁保镖。它们在叶子上分泌含糖花蜜，吸引蚂蚁，然后这些领地意识很强、攻击性很强的蚂蚁雇佣兵就会在"它们的"植物上巡逻，蜇咬试图吃它的食草动物。这些关系在有花植物中都有详细记载，但在不开花的蕨类植物中也有发生。这对研究人员来说是个奇怪的消息，因为长期以来人们一直认为蕨类植物缺乏进行这种复杂的生物互动的蜜腺。UT生态学与进化生物学系助理教授雅各布-苏伊萨（JacobSuissa）与康奈尔大学的同事，包括蕨类植物专家李菲伟（Fay-WeiLi）和蚂蚁专家科里-莫罗（CorrieMoreau）合作，研究这种现象是如何在数千年间发展起来的。他们最近在《自然通讯》（NatureCommunications）上发表了关于这种物种间合作关系的进化时间表和潜在因素的研究成果。"这项工作的新内容有两个方面，"苏伊萨解释说。"首先，我们发现蜜腺--产生含糖花蜜以吸引蚂蚁保镖的结构--在蕨类植物和开花植物中的进化时间大致相同"。这发生在大约1.35亿年前，与白垩纪植物-动物联合体的兴起相吻合。苏伊萨说："考虑到这是蕨类植物进化史上非常晚的时期，距它们的起源已经过去了近2亿年，这个时间点非常壮观。但它在开花植物进化史上却非常早，几乎是在白垩纪开花植物起源之初。"第二个新元素是这一切是如何发生的。蕨类植物最初是陆生植物，生长在森林地面上。大约在6000万年前的新生代，它们发生了重大转变，成为附生植物或树栖植物，也就是说，他们在成长过程中学会了一些新习惯。苏伊萨说："我们发现，当蕨类植物离开森林地面，进入树冠，成为附生植物、攀援植物或树状蕨类植物时，它们利用了现有的蚂蚁与开花植物之间的相互作用，进化出了蜜腺。"这两种植物的生态和进化史呈现出一种奇特的动态。蕨类植物和开花植物是在4亿多年前从一个共同祖先分化而来的，但在蜜腺进化和蚂蚁-植物互利交换的同时，蕨类植物和开花植物也取得了长足进步。这表明，可能有一些'生命规则'支配着非花蜜腺和蚂蚁-植物互惠关系的进化。这项工作可以为生态、发育或基因组分析提供进化框架或背景，从而有助于未来的研究。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434953.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434953.htm

新的发现挑战了学界关于植物进化分支起源的认知

新的发现挑战了学界关于植物进化分支起源的认知布里斯托尔大学生物科学学院的吉尔-哈里森博士解释说："在主要的开花植物群体中，多样化的形状比比皆是，园丁们会熟悉'掐掉'植物的嫩梢以刺激侧枝的生长，从而使其整体形态更加茂盛。然而，与开花植物不同，其他维管束植物在生长过程中通过将嫩枝先端分成两部分来进行分枝，这一过程被称为'二分法'。"作为一个在石炭纪时期形成煤层的古老维管束植物品系，卷柏保留了二分法分支的祖先模式。布里斯托尔大学的研究人员利用在卷柏中的外科实验，发现二分法是由短程辅助素运输调节的，并由长程辅助素运输在植物的不同部分进行协调。Selaginella的根尖。资料来源：吉尔-哈里森发表在《发展》杂志上的研究结果表明，开花植物和卷柏的分枝都是由辅助素运输调节的，这意味着类似的机制在4.2亿年前就存在于最早的维管植物中。通过将这些发现与非维管植物、非分支苔藓类的发现相结合，我们可以推断出4.8亿年前第一批陆地植物是什么样子。此前，哈里森博士的实验室破坏了一种苔藓中的辅助素运输，导致其以类似于最早的分支化石的方式进行分支。这些研究共同暗示，最早的陆地植物是有分支的，而在苔藓的进化过程中，分枝现象已经消失。吉尔-哈里森博士解释说："植物对陆地的绿化为所有陆地生物的进化铺平了道路，因为它为动物提供了食物和呼吸的氧气，而分支是陆地植物辐射中的一个关键创新。我们的工作意味着分枝的进化比想象的要早，这是一个重要的进化结论。除此以外，我们已经表明，关系如此疏远的植物使用相同的遗传机制来调节分枝，这为转移植物形状工程方面的知识以提高未来的生产力和产量带来了巨大潜力。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354197.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354197.htm

生物学家利用18亿个遗传密码字母构建出突破性的开花植物生命树

生物学家利用18亿个遗传密码字母构建出突破性的开花植物生命树在邱园皇家植物园科学家的领导下，研究小组相信这些数据将有助于今后识别新物种、完善植物分类、发现新的药用化合物，以及在气候变化和生物多样性丧失的情况下保护植物。这项植物科学领域的重大里程碑研究涉及138个国际组织，其所依据的数据量是对有花植物生命树进行的同类研究的15倍。在为这项研究进行测序的物种中，有800多个物种的DNA以前从未被测序过。这项研究揭示的数据量之大，需要一台计算机花费18年的时间才能处理完毕，这是邱园"生命之树计划"在为所有33万种已知有花植物建立生命之树方面迈出的一大步。"分析这一前所未有的数据量，解码隐藏在数百万DNA序列中的信息，是一项巨大的挑战。但这也为我们重新评估和扩展对植物生命树的认识提供了一个独特的机会，为探索植物进化的复杂性打开了一扇新窗口，"邱园皇家植物园研究员亚历山大-尊蒂尼（AlexandreZuntini）说。马萨诸塞大学进化生物学家斯蒂芬-史密斯（StephenSmith）实验室的博士后研究员汤姆-卡鲁瑟（TomCarruthers）是这项研究的共同第一作者，他与尊蒂尼曾在邱园共事。马萨诸塞大学植物系统学家理查德-拉贝勒（RichardRabeler）是该研究的共同作者。被子植物生命之树。资料来源：RBGKew"每当我们走进森林，开花植物都会为我们提供食物、衣物和问候。一个多世纪以来，构建开花植物生命树一直是进化生物学领域的重大挑战和目标，"这项研究的共同作者、麻省理工大学生态学与进化生物学系教授史密斯说。"这个项目为大多数有花植物属提供了一个庞大的数据集，为完成这一目标提供了一种策略，从而使我们离这一目标更近了一步。"史密斯在该项目中扮演了两个角色。首先，他的实验室成员--包括麻省理工大学前研究生德鲁-拉尔森（DrewLarson）--前往邱园，帮助对一个名为"Ericales"的大型多样性植物群的成员进行测序，该植物群包括蓝莓、茶、杜鹃花、杜鹃花和巴西坚果。其次，史密斯与邱园皇家植物园的威廉-贝克（WilliamBaker）和费利克斯-弗雷斯特（FelixForest）以及奥胡斯大学的沃尔夫-艾森哈特（WolfEisenhardt）共同监督了项目数据集的分析和构建。"研究小组面临的最大挑战之一是许多基因区域所蕴含的意想不到的复杂性，在这些区域中，不同的基因讲述着不同的进化史。团队面临的最大挑战之一是许多基因区域所蕴含的意想不到的复杂性，不同的基因讲述着不同的进化历史。我们必须开发出一种程序，以前所未有的规模来研究这些模式。"作为这项研究的共同负责人，卡鲁瑟的主要职责包括利用200块化石将进化树按时间进行缩放，分析整体进化树基础基因的不同进化史，以及估算不同开花植物系在不同时期的多样化率。卡鲁瑟说："基于如此多的基因，为有花植物构建如此庞大的生命树，揭示了这一特殊群体的进化史，帮助我们了解它们是如何成为世界上如此不可或缺的主要组成部分的。所展示的进化关系--以及这些关系所依据的数据--将为今后的大量研究奠定重要基础。"开花植物的生命树就像我们的家谱一样，能让我们了解不同物种之间的关系。生命树是通过比较不同物种之间的DNA序列来发现变化（突变）的，这些变化随着时间的推移不断累积，就像分子化石记录一样。随着DNA测序技术的进步，我们对生命之树的了解也在迅速加深。在这项研究中，我们开发了新的基因组技术，通过磁力从每个样本中捕捉数百个基因和数十万个遗传密码，比早期的方法多出几个数量级。Arenariaglobilfora.资料来源：RBGKew该研究小组的方法的一个主要优势是，它能对多种多样的新老植物材料进行测序，即使DNA受到严重破坏也不例外。世界标本馆收藏了近4亿份植物科学标本，其中有大量的干燥植物材料，现在可以对它们进行基因研究了。邱园生命之树计划的高级研究负责人贝克说："从很多方面来说，这种新颖的方法使我们能够与过去的植物学家合作，利用历史标本馆标本中的大量数据，其中一些标本早在19世纪初就被收集起来了。我们杰出的前辈，如查尔斯-达尔文或约瑟夫-胡克，不可能预料到这些标本在今天的基因组研究中会如此重要。在他们的有生之年，DNA甚至还没有被发现。我们的工作表明，这些令人难以置信的植物博物馆对于地球生命的开创性研究有多么重要。谁知道其中还蕴藏着哪些未被发现的科学机遇呢？"在所有9506个测序物种中，有3400多个来自48个国家163个标本馆的材料。马萨诸塞大学名誉研究科学家、马萨诸塞大学标本馆前馆长拉贝勒说："为研究植物关系而对标本馆标本进行采样，使得从世界不同地区进行广泛采样的可行性大大提高，而不需要长途跋涉从野外获取新鲜材料。"在生命之树项目中，拉贝勒帮助核实了标本馆采样标本的身份，并对所得数据进行了分析。仅开花植物就占陆地上所有已知植物生命的90%，几乎遍布地球的每一个角落--从最湿润的热带到南极半岛的岩石露头。然而，我们对这些植物是如何在起源后不久就占据了主导地位的理解，却困惑了包括达尔文在内的几代科学家。开花植物起源于1.4亿多年前，之后迅速取代了其他维管植物，包括它们的近亲--裸子植物（有裸露种子的非开花植物，如苏铁、针叶树和银杏）。达尔文对化石记录中看似突然出现的这种多样性感到神秘。在1879年写给他的密友、邱园皇家植物园园长胡克的信中，他写道："据我们判断，所有高等植物都是在最近的地质年代迅速发展起来的，这是一个令人憎恶的谜。"作者利用200块化石，将他们的生命树按时间顺序排列，揭示了开花植物是如何跨越地质年代进化的。他们发现，早期有花植物的多样性确实出现了爆炸性增长，在其起源后不久就产生了今天存在的80%以上的主要品系。然而，在接下来的1亿年里，这一趋势逐渐趋于平稳，直到大约4000万年前，随着全球气温的下降，物种多样性再次激增。这些新的洞察力会让达尔文着迷，也必将帮助今天的科学家们努力应对了解物种如何以及为什么会多样化的挑战。如果没有邱园科学家与全球众多合作伙伴的通力合作，就不可能形成如此庞大的生命之树。总共有279位作者参与了这项研究，他们来自27个国家的138个组织，代表着不同的国籍。"植物界长期以来一直在合作和协调分子测序工作，以生成更全面、更强大的植物生命树。"马萨诸塞大学的史密斯说："发表这篇论文的努力延续了这一传统，但规模却大大扩大了。"开花植物生命树在生物多样性研究方面具有巨大潜力。这是因为，正如人们可以根据元素在元素周期表中的位置来预测其特性一样，我们也可以根据物种在生命树中的位置来预测其特性。因此，这些新数据对于促进科学及其他许多领域的发展将是非常宝贵的。为实现这一目标，生命之树及其基础数据已通过邱园生命之树资源管理器（KewTreeofLifeExplorer）等渠道向公众和科学界公开和免费开放。开放访问将有助于科学家充分利用这些数据，例如将其与人工智能相结合，预测哪些植物物种可能含有具有药用潜力的分子。同样，生命之树也可用于更好地了解和预测病虫害在未来将如何影响植物。作者指出，这些数据的应用最终将取决于获取数据的科学家的聪明才智。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428708.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428708.htm

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料从第1天（左）到第14天（右），3D打印在水凝胶中的植物细胞生长并开始繁茂成黄色的细胞簇。图片来源：改编自ACSCentralScience2024，DOI:10.1021/acscentsci.4c00338最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。然而，植物细胞的独特特性激起了将其用于工程植物活体材料（EPLMs）的热情。以前，科学家们创造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。余子怡、狄振高及其同事希望改变这种状况，他们制作了形状复杂的EPLM，其中含有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。24天后，植物细胞在两种不同的生物墨水中产生的颜色在这种叶形工程活体材料中清晰可见。来源：改编自ACSCentralScience2024，DOI:10.1021/acscentsci.4c00338研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将DNA片段转入植物基因组的细菌。然后将这种生物墨水混合物在平板上或装有另一种凝胶的容器内进行3D打印，形成网格、雪花、树叶和螺旋等形状。接着，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的48小时内，EPLMs中的细菌将DNA转移到生长中的烟草细胞上。然后他们用抗生素清洗这些材料，以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在EPLMs中生长和复制，它们开始根据转移的DNA生成蛋白质。在这项概念验证研究中，转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或贝特类色素--红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过用两种不同的生物墨水打印叶形EPLM--一种墨水沿叶脉产生红色素，另一种墨水在叶片的其他部分产生黄色素--研究人员表明，他们的技术可以产生复杂的、空间可控的多功能结构。研究人员说，这种EPLM结合了生物体的特征和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂，生产植物代谢物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429308.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429308.htm

罕见的完整羽毛化石揭示了古代古生物学热点地区的秘密

罕见的完整羽毛化石揭示了古代古生物学热点地区的秘密《地球科学前沿》上的一项研究分析了白垩纪早期鸟类Sapeornischaoyangensis的五件化石，以研究埋藏环境对软组织保存的影响。通讯作者、临沂大学地质与古生物研究所的赵艳博士说："热河生物群为了解中生代生态提供了最丰富的资料。"更好地了解热河陆生脊椎动物的多样化的沉积学，可以帮助我们最终了解更多关于生物进化的过去和未来"。为什么沉积物很重要？即使在热河生物群，也不是所有的化石都保存得一样好--了解古环境对理解这些差异至关重要。如果没有这些信息，科学家就很难衡量软组织的保存情况，这就限制了对证据的解释。但是在热河生物群，由于发掘的标本范围大，同一物种的个体可以进行比较，以了解环境对软组织的影响--在死亡和发掘之间发生的过程的影响。STM15-36化石热河生物群的无数类群的软组织保存得特别好，这些软组织包含了理解生物和生态特征的早期进化的不可替代的信息。考古人员想探究影响它们保存的因素。科学家们使用的标本是从山东天宇自然博物馆的档案中挑选出来的，并与沉积物样本相匹配进行分析。所有这些标本都有完整的关节--化石的所有关节仍然相连--但软组织的保存情况各不相同。STM15-36是最突出的，因为它保存了一件完整的羽毛，其细节令人吃惊。研究小组对沉积物进行了分析，以确定这些鸟类被埋葬时周围是什么样的有机物质，以及沉积物是如何沉积的。STM15-36与最粗的沉积物颗粒以及最好的保存有关，周围的有机物质主要来自陆地植物，而不是像其他四种鸟类那样来自湖泊藻类。STM15-36沉积时的气候更加温暖湿润，它所沉积的环境更加缺氧，这就防止了羽毛在化石之前的腐烂。有两种可能的选择来解释STM15-36的快速埋藏：火山活动或一场强大的暴雨将其冲走并埋藏在其他碎片下。由于火屑流中的化石不能很好地保存软组织，最可能的解释是这只鸟被暴雨冲走并迅速埋在湖底，那里有限的埋藏环境确保了它不会受到干扰。这种情况的结合意味着在数百万年后，它美丽的羽翼仍然会被保存在石头中。这一发现为热河陆生脊椎动物的地层学和中生代生态系统的性质提供了一个宝贵的研究案例。赵艳补充说，她期待着未来的研究侧重于羽毛本身的化学特征和微观结构，这将扩大科学家对这些鸟类的生活和死亡方式的理解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342749.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342749.htm

绿色祖先：科学家解密6亿年水生植物陆地化的过程

绿色祖先：科学家解密6亿年水生植物陆地化的过程地球的大部分陆地表面都生长着各种各样的植物，它们构成了陆地上生物量的绝大部分。从纤弱的苔藓到参天大树，植物种类繁多。这种令人惊叹的生物多样性是由于一次致命的进化事件而形成的：植物陆地化。这是指一类藻类（其现代后代仍可在实验室中研究）进化成植物并入侵世界各地陆地的时间点。哥廷根大学的一个研究小组领导了一项对100亿个RNA片段的调查，以确定"枢纽基因"。研究小组牵头的一个国际研究小组生成了大规模基因表达数据，以研究陆地植物最近的藻类近亲之一--一种名为Mesotaeniumendlicherianum的不起眼的单细胞藻类--体内的分子网络。他们的研究成果发表在《自然-植物》上。实验室烧瓶中的内生中苔藻液体样本，即将在无菌条件下与新鲜培养基混合。图片来源：JanineFürst-Jansen研究人员利用在哥廷根大学（SAG）藻类培养物保藏中心（AlgalCultureCollection）安全保存了25年之久的一株内切藻，并利用那里独特的实验装置，将内切藻连续暴露在一系列不同的光照强度和温度下。哥廷根大学研究员JanineFürst-Jansen说道："我们的研究首先考察了藻类对光和温度的适应能力极限。我们将其置于8°C至29°C的宽温度范围内。当我们根据深入的生理分析观察到广泛的耐温性和耐光性之间的相互作用时，我们感到非常好奇。"陆地植物的近缘藻类之一--一种名为Mesotaeniumendlicherianum的单细胞藻类的显微镜图像（20微米相当于0.02毫米）。图片来源：TatyanaDarienko研究人员不仅从形态和生理层面研究了藻类的反应，还读取了大约100亿个RNA片段的信息。研究利用网络分析法同时研究了近两万个基因的共同行为。在这些共享模式中，发现了在协调基因表达以响应各种环境信号方面发挥核心作用的"枢纽基因"。这种方法不仅为了解藻类基因表达如何针对不同条件进行调控提供了宝贵的见解，而且结合进化分析，还揭示了这些机制是如何成为陆地植物及其藻类亲缘植物的共同机制的。在哥廷根大学（SAG）的藻类培养物保藏中心（AlgalCultureCollection）安全保存了超过25年的中叶藻（Mesotaeniumendlicherianum）样本。这张图片显示了独特的实验装置，它使研究人员能够将内切藻暴露在连续的不同光照强度和温度范围内。图片来源：JanineFürst-Jansen哥廷根大学的扬-德-弗里斯（JandeVries）教授说："这项研究的独特之处在于，我们的网络分析可以指出这些藻类中不为人知的整个遗传机制工具箱。当我们观察这些遗传工具箱时，我们发现它们在6亿多年的植物和藻类进化过程中是共享的！"哥廷根大学博士生ArminDadras解释说："我们的分析使我们能够确定哪些基因在各种植物和藻类中相互协作。这就好比发现了哪些音符在不同的歌曲中始终保持和谐。这种洞察力有助于我们发现长期的进化模式，揭示某些基本的基因'音符'是如何在众多植物物种中保持一致的，就像永恒的旋律在不同的音乐流派中产生共鸣一样。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401379.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401379.htm