▲尽管拟南芥貌不惊人，但却是一种成功的外来物种。它在登陆美国仅数百年之后，就已经遍布美国大陆了。
日前，通过分析一种“搭便车”的杂草（拟南芥），德国图宾根马克斯·普朗克发育生物学研究所的科学家们首次揭示了野生植物的突变速率。他们比较了100个古代和现代拟南芥的基因组，以精确测定它们在自然界中进化的速率。科学家们预计，拟南芥在新大陆已存在超过200年了。通过两种不同的方法，科学家们得出了同样的结果——拟南芥是在1600年左右，由到达美国东海岸的欧洲人引入的。
出于对拟南芥基因组的了解，科学家们主要对北美的样本进行了研究。他们通过比较100个完整基因组，发现了5000个新突变，其中某些突变可能使拟南芥在进入新环境的过程中具有适应性优势。拟南芥随同人类定居者一起迁往内陆，逐渐与欧洲的“祖先”们分道扬镳。如今，同一迁移路线上的拟南芥样本的根可以快速生长以及深入土壤的特征，或许正是它在“搭便车”旅行中形成适应性的证据。
论文的第一作者Moises Exposito-Alonso说：“通过收集并分析不同时期取样的物种样本，可以使我们观察到‘活’的进化过程。”他们对植物学家在1863年至2006年间收集的100株植物的基因组进行了测序（其中1990年前的样本来自于博物馆收藏的干燥植物）。150年前保存下来的植物可以显示出它们在那一时期的进化程度，而现在的植物也在持续进化之中。通过比较不同时期拟南芥的基因组，科学家们得以计算出拟南芥每年的突变次数。反过来，科学家们又推断出，拟南芥的最后一个共同先祖存在的时间是16世纪末或17世纪初。巧合的是，在这一时期，大批欧洲人正乘船从欧洲出发前往美洲。这一结果令人大跌眼镜，根据之前的估计（未利用植物标本的遗传信息），拟南芥是在19世纪时才进入美洲的。
▲图1为HPG1样品的地理位置和时间分布(A)样本标本室的位置(蓝色)和现代个体(绿色)；(B)时间分布(用于可视化目的的随机垂直抖动)；(C)经度和纬度作为收集年份函数的线性回归(斜率的p值和皮尔逊相关系数已经标明)。
拟南芥并非一种有害的杂草，但通过分析它的案例，有助于揭示外来物种入侵新环境能力背后的基本的生物进化过程。尤其值得注意的是，拟南芥还部分解开了“基因入侵悖论”的秘密——这种情况多发生于具有低遗传多样性的“殖民者”在新环境中取得惊人成功的故事中。
为了确定新突变的影响，科学家们在实验室中培育了拟南芥，以确定生长的差异性。结果发现，在过去400年里出现的一些突变，在“殖民”新环境的过程中逐渐成为了优势。“这出乎我们的意料，因为科学定理告诉大家，进化通常是在缓慢的速度下实现的。”研究主管Hernan Burbano说。Exposito分析道：“对于植物和动物来说，准确的进化速度将是重建其进化历史的基础，并帮助我们预测出新的有利性状。我们的研究表明，植物标本室和动物标本或可成为未来遗传学的一个新分支”。
科界原创
编译：雷鑫宇 审稿：三水 编辑：张梦
来源：https://scitechdaily.com/biologists-give-new-life-to-museum-plant-collections/
