全基因组加倍（Whole genome duplication; WGD），或称多倍化（Polyploidy）事件在很大程度上改变了基因组的大小、组成和复杂度。基因组加倍后，所有基因都发生了复制，重复基因在进化过程中的偏好保留、功能分化及调控网络的重塑可能导致关键创新性状的产生（Soltis & Soltis, 2016）。目前，多倍化的普遍性已被广泛证实，但是多倍化对关键创新性状形成的研究十分有限，缺少明确的证据。

油料作物虽起源于进化的不同谱系，但有一个共同的特点就是能够在其种子中产生并积累大量油脂。对植物来说，在种子中储存大量的油是种子萌发和幼苗早期发育的重要能量来源；然而，对于人类来说，从这些种子中提取的植物油已成为日常饮食中不可或缺的组成部分，还被用作各种工业的原料。“油料作物这一有益性状是如何形成的”一直是相关领域关注的核心科学问题，其形成是否与全基因组加倍事件的发生密切相关仍不清楚。

兰州大学生态学院刘建全教授团队青年研究员武生聃联合中科院植物研究所、海南大学、山西师范大学等多家单位的研究团队报道了珍稀木本油料植物翅果油树的参考基因组，通过整合系统发育基因组学、基因组共线性、同义替换率、基因复制类型鉴定等方法，准确鉴定了多倍化后保留下来的重复基因。研究发现主要的油料作物（花生、油菜、翅果油树、油棕、大豆、向日葵、油橄榄和芝麻等）中全基因组加倍后的重复基因偏好地保留在植物油脂生物合成通路中，占据了整个合成通路基因数目的52%—95%（图1）。相反，这一现象并未在非油料植物（拟南芥、水稻、葡萄和枣等）中观察到，其WGD类型基因的占比仅为7%—15%。此外，油脂生物合成通路中WGD类型基因占比高的油料作物与非油料植物相比，通常其油脂含量明显更高；且油料作物油脂生物合成基因在多倍化后的保留率往往高于其临近基因的保留率。因此，这些不同进化来源的油料作物似乎普遍利用WGD来生成其油脂生物合成途径。

综上所述，本研究首次发现并证明了全基因组加倍事件对油料作物高油含量这一重要农艺性状的形成扮演着关键作用，即“没有多倍化的发生，很可能就不会有现在的油料作物”。

上述研究结果以题为《The evolutionary significance of whole genome duplications in oil biosynthesis of oil crops》的论文在线发表于园艺领域顶刊Horticulture Research上。武生聃、刘建全以及中科院植物所焦远年研究员、海南大学陈飞教授为共同通讯作者，兰州大学生态学院研究生武晶晶和山西师范大学张林静教授为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金区域创新发展联合基金和青年基金等项目的支持，也得到了兰州大学超算中心的计算支持。

图1 全基因组加倍对油料作物高油含量农艺性状形成的贡献

原文链接：The evolutionary significance of whole genome duplications in oil biosynthesis of oil crops