维也纳大学的研究人员与来自法国、德国、瑞士和美国的合作者一起，在了解遗传驱动因素如何影响铁兰(空气植物)特定光合作用机制的进化方面取得了突破。这揭示了导致植物适应和生态多样性的复杂行为。他们的研究结果发表在《植物细胞》杂志上。

一些植物物种进化出了一种称为景天酸代谢(CAM)的节水特性。CAM植物与大多数凤梨科植物(菠萝科(凤梨科)中物种最丰富的属)一样，可以优化其水分利用效率：而其他植物通常在白天打开气孔(叶子上的小孔)以吸收二氧化碳以进行光合作用，CAM植物在夜间进行此操作，并将CO2储存起来以供以后使用，帮助它们以更少的水生存。

这一特征在植物界独立进化了好几次。然而，CAM复杂遗传基础的进化仍然难以捉摸，这使其成为进化生物学研究的焦点。

基因调控是关键

在这项研究中，研究小组重点研究了一对表现出不同形式光合作用的空气凤梨物种——CAM与C3——这意味着C3物种缺乏对干旱条件的专门适应。通过使用先进技术研究植物遗传学和生物化学，例如基因排列、分子和基因家族进化、时间差异基因表达和代谢物的分析，他们发现基因调控的变化主要负责驱动CAM进化的基因组机制。铁兰。

该研究的主要作者、维也纳大学植物学和生物多样性研究系的克拉拉·格鲁特·克雷戈(ClaraGrootCrego)解释说：“我们的研究结果表明，虽然大规模的变化影响了空气凤梨的基因组，就像其他植物一样，但光合作用工作方式的调整主要通过基因是如何被调节的——而不是通过改变编码蛋白质的序列。”

该研究的主要见解包括鉴定在CAM物种中经历加速扩张的CAM相关基因家族。这凸显了基因家族进化在产生驱动CAM进化的新变异方面的关键作用。

通过反复进化进入新的领域

维也纳大学植物学和生物多样性研究系主任OvidiuPaun表示：“CAM在不同的铁兰物种中反复进化，并加速了它们殖民新生态位的能力，成为该群体中观察到的猖獗物种形成的关键驱动因素。”该研究的研究者。

“我们的研究强调了基因创新在推动生态多样化方面的潜在重要性，而不仅仅是碱基对的变化，”潘补充道。

法国图卢兹IRAE首席研究员ThibaultLeroy强调，这项研究的意义超出了基础科学的范围。“了解CAM的演变过程有助于制定策略，使作物更能适应水资源短缺并应对气候变化。”

该研究将在新合作项目的框架内扩展到该植物组和其他植物组的更多物种。

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