在植物的早期演化過程中，陸地植物完成了地球歷史上重要的過渡性階段，即對陸地的征服。早期陸地植物的形成是地球生命演化中最重要的事件之一，不僅對大氣以及土壤的起源、組成和化學性質產生了巨大的影響，而且為動物建立了新的棲息地，為其他生物的起源和多樣化奠定了環境基礎。化石記錄提供了研究植物歷史的視窗，然而由於缺乏早期陸地植物化石證據，以及受到化石稀有性和不完整性的影響，準確推算植物登入時間成為植物學家和進化生物學家研究的焦點。
2021年4月19日，南京師範大學生命科學學院鐘伯堅教授課題組在陸地植物起源與演化研究中取得新進展，在進化生物學權威期刊Molecular Biology and Evolution（影響因數11.062）發表了題為Large-scale phylogenomic analyses reveal the monophyly of bryophytes and Neoproterozoic origin of land plants的研究論文。該研究利用大規模核基因數據進行系統發育分析，有力地支持苔蘚植物為單系類群，並估算陸地植物起源於大約9.8–6.8億年前的新元古宙（前寒武紀），比近年來廣泛報導的奧陶紀–寒武紀時期（4.5–5億年）的起源時間前推了約3億年。
該研究聚焦早期陸地植物的演化關係及陸地植物的起源時間。利用包含123個物種和1440個直系同源基因的大型數据集，探討了系統誤差對重建早期陸地植物演化關係的影響。研究結果表明，基於密碼子簡並性重編碼和胺基酸矩陣的系統發育分析一致支持苔蘚植物為單系類群；而基於核苷酸數据集得到的苔蘚植物非單系的結論可能是由於位點快速同義替換導致。化石證據和分子數據是影響分歧時間估算的重要因素。由於化石標定在時間先驗設定中的决定性作用，囙此改變化石標定策略對估算陸地植物起源時間有重要的影響。基於可靠的陸地植物系統發生關係，該研究使用22個化石標定點，3種不同的化石校準策略估算植物登入時間。通過比較指定先驗、有效先驗和後驗，發現陸地植物起源時間的差异是由不同最大化石標定點形成的不同先驗分佈導致的。狹窄的化石標定區間使分歧時間的估算很大程度上受到化石校準的約束，導致缺乏分子數據的支持；更為寬鬆的化石校準策略使分子數據能提供與陸地植物起源時間相關的更多資訊，而不是完全由先驗分佈决定。綜合化石標定的可靠性和分子數據的影響，該研究支持陸地植物起源於前寒武紀時期。
陸地植物起源與演化時間
本研究強調在面對有爭議的化石時，分子數據在估算演化時間中扮演著重要角色，同時為評估最佳化石校準策略提供了新穎的分析手段。該研究成果為闡釋植物從水生到陸生諸多關鍵性狀的演化歷史（如植物胚胎和維管組織的起源與演化）提供研究基礎，為揭示全球陸地生態系統的形成和動態變化規律提供理論依據。
南京師範大學生命科學學院碩士研究生蘇丹豔和博士研究生楊淩霄為共同第一作者，鐘伯堅教授為論文的通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金和江蘇省生物學優勢學科等項目的資助。
論文連結：
https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab106/6237914
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