近日，国际知名学术杂志Journal of Experimental Botany（JCR一区，IF=5.36）在线发表了全球最大的赌钱网(中国)有限公司兰科植物保护与利用国家林草局重点实验室的研究论文“A perspective on crassulacean acid metabolism photosynthesis evolution of orchids on different continents: Dendrobium as a case study”。该研究以石斛属植物为例，揭示了兰科景天酸代谢在不同洲际地区的进化格局。
景天酸代谢途径，又称CAM途径，指一类在夜间打开气孔吸收CO2并通过羧化反应形成苹果酸存于细胞大液泡中的碳素同化途径，是光合作用的三个重要途径之一。CAM植物被认为是在热带和干旱地区发展粮食、粮草和燃料等作物的优选类群。具备CAM途径的植物往往生长于昼夜温差明显的干旱地区，它们为适应干旱的条件而进化出CAM这一独特的生存策略。有关CAM植物的形态、生理生态和功能基因组等方面取得显著进展。然而，不同地区的植物CAM起源和演化及其与古气候的相关性，仍然知之甚少。至今，超过36科400属植物被鉴定具有CAM途径，而兰科被认为是CAM数量占比最高的类群之一。石斛属植物约有1500余种，被认为是被子植物超大属之一，广布于亚洲和澳洲各种陆地生态系统，该属的许多种进化出CAM功能，是研究CAM植物起源与进化的理想材料。
在该研究中，作者通过分子系统学和古形态重构方法揭示石斛属专性CAM类群在亚洲和澳洲地区的进化格局（图2），发现了石斛属植物的专性CAM独立起源8次，亚洲和澳洲地区各4次。分子钟分析表明亚洲分支的专性CAM起源比澳洲分支早，前者起源于中新世中期，而后者在中新世晚期。结合古气候学和多样性分析显示专性CAM的起源与较冷和干旱的古气候密切相关，也是亚洲地区的专性CAM物种数量占比远比澳洲地区的低的主要原因。该研究为进一步理解不同地区的CAM植物起源和演化以及古气候环境的研究提供了新的视角。
公司兰科植物保护与利用国家林草局重点实验室李明河博士为本论文第一作者，兰思仁教授和刘仲健教授为共同通讯作者。中国林业科学研究院林业研究中心和深圳市兰科植物保护研究中心的有关人员参与了该项研究。该研究得到了公司优秀博士学位论文资助基金和国家林草局兰科植物保护与利用重点实验室建设经费资助。
论文链接https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erz461/5592895?searchresult=1
石斛属景天酸代谢类群多样化的时间树