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要酿造好酒,你需要杀死一些恐龙

恐龙灭绝的事件对葡萄科植物产生了巨大的影响,葡萄科植物包括酿酒葡萄。

白垩纪-古近纪(K-Pg)灭绝事件以地球上四分之三的动植物物种死亡而闻名。现在,Zecca和米兰比可卡大学的同事们的研究表明,消灭恐龙的同一颗小行星也导致了葡萄家族的巨大变化。他们的论文发表在植物学年鉴在葡萄植物DNA中发现了多种阳性选择事件的证据

科学家们研究的DNA不在植物细胞核中,而是在质体中。这些细胞器,像叶绿体一样,生活在细胞内,但有自己独特的DNA。研究小组检查了91种不同的DNA,研究了70种候选质体基因。研究小组发现,一些与光合作用、自我复制和代谢相关的质体基因可能经历了正选择。这组基因中最有趣的一个是Rubisco大亚基的编码基因,Rubisco是一种关键的光合作用酶。这一选择过程可能提高了Rubisco活性的表现,以应对不断变化的环境条件。

在星空下,两只恐龙沿着一条穿过葡萄园的土路行走。
在另一种现实中,恐龙农民管理的葡萄园生产的葡萄酒质量不高。图片:帆布

通过观察这些变化的时间,Zecca和他的同事发现了进化速度中有步骤的证据。其中许多变化发生在5000万至2000万年前,但第一次变化发生在6500万至6400万年前。这个时代与白垩纪末期的大灭绝时期相吻合。

Zecca及其同事写道:“在过去的1亿年里,基因组已经被环境扰动广泛地塑造了……特别是,古代全基因组复制(WGD)事件似乎与白垩纪-古近纪(K/Pg)大灭绝(66 Ma)有关,这是由墨西哥小行星的撞击或火山活动引起的。”“虽然K/Pg大灭绝不被认为是植物灭绝的主要原因,但它可能影响了类群的进化和多样化……尘沙云和硫气溶胶被认为阻止了太阳辐射,产生了全球快速冷却,即所谓的“撞击冬季”。“多倍体化事件似乎有助于几种植物适应不断变化的环境……除了染色体重复显示出有利于适应过程的重要迹象之外……单个基因也可能受到环境扰动的影响,新的突变可能已经被选择。”

在小行星撞击希克苏鲁伯陨石坑的后果中,植物无疑面临着挑战。提高光合作用会给物种带来竞争优势。但也有机会,植物能够进入空出的进化生态位。在这种环境下,葡萄科植物多样化,最终进化出了葡萄(Vitis vinifera),这种葡萄生产了世界上大量的葡萄酒。

但这些分子变化并不仅仅在餐桌上产生影响。Zecca和他的同事们说,积极选择事件对试图研究物种进化史的植物学家产生了影响。“高水平的积极选择可能会影响系统发育方法的重建能力,以及它们正确估计谱系之间分歧时间的能力。通常情况下,在系统发育研究中应预先进行阳性选择,并应避免阳性选择的标记。我们建议在使用编码DNA时,至少应该排除在正选择下进化的密码子,以改进分析。我们的工作向这个方向迈出了第一步,为积极选择的质体基因和密码子提供了有用的信息。”

阅读文章

Zecca, G., Panzeri, D.和Grassi, F.(2022),“以白垩纪-古近纪(K/Pg)过渡为重点的葡萄质体适应性进化信号检测,”植物学年鉴.可以在:https://doi.org/10.1093/aob/mcac128

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