蛋白分子進化速率(Protein evolution rates，常用dN/dS表示)在不同生物譜系間廣泛變異，其背后的驅動機制一直是進化生物學關注的核心問題。進化速率差異不僅受到自然選擇(如正向選擇、純化選擇等)的影響，也與突變、遺傳漂變、GC偏倚性基因轉換(GC biased gene conversion, 簡稱gBGC)等非選擇性機制密切相關。近年來的研究表明，生活史特征(如繁殖方式、體型大小、世代時間等)可能通過有效種群大小(Ne)影響選擇效率，進而導致分子進化速率的分異。盡管植物類群中生活史特征存在巨大分異，但生活史特征與分子進化之間的關聯機制仍然缺乏充分認識。

近年來，中國科學院昆明植物研究所周偉研究團隊(植物性系統功能與演化專題組)以繁育系統高度特化的植物類群為主要研究對象，利用分子生態、群體遺傳和基因組學等多學科交叉方法，開展植物繁殖系統演化及其生態和遺傳效應研究，在New Phytologist(Zeng et al., 2024; Zhong et al., 2019; Zhou et al., 2017; Zhou et al., 2016)和Molecular Biology and Evolution(Wang et al., 2021)等期刊發表系列創新性成果。近期，該研究團隊與山東農大等單位合作，以禾本科(Poaceae)植物為對象，利用該類群高度多樣化的生活史特征，尤其是其中兩個親緣關系密切但繁殖策略截然不同的亞科：以有性生殖為主的草本類群早熟禾亞科(Pooideae)，以無性克隆為主的木本竹類(Bambusoideae)，探討自然選擇、非選擇過程(基因突變，遺傳漂變和重組)與生活史特征之間復雜的交互作用，探討蛋白進化速率分異的潛在影響因素。

圖1 系統發育重建及分子進化速率比較

研究發現，木本竹類的蛋白分子進化速率(dN/dS)顯著高于有性繁殖的草本竹類和早熟禾，這主要歸因于其經歷了更為寬松的純化選擇(Relaxed purifying selection)。相比之下，雖然非選擇性機制如gBGC在兩個亞科中均表現為輕微降低dN/dS的趨勢，但其影響程度相近，難以解釋所觀察到的系統性差異(圖1)。研究進一步構建多種回歸模型分析發現，繁殖方式相較于其他生活史指標(開花周期，株高等)和有效群體大小代理指標(分布點數量，分布面積等)，更能有效解釋該類群間的分子進化速率的系統性差異(圖2)。

圖2 生活史特征與蛋白分子進化速率關系

為進一步驗證繁殖方式的作用，研究團隊結合不同有性生殖間隔周期、種群規模及gBGC修復偏倚強度開展了正向模擬試驗(圖3)。結果發現，在種群規模較小時，gBGC信號較弱，不同繁殖策略對其影響有限;而當種群規模擴大時，高頻有性繁殖顯著增強了gBGC效應。此外，在所有種群規模下，周期性有性與無性繁殖結合的混合繁殖策略，其蛋白進化速率dN/dS均高于每年有性生殖?？傊撗芯拷沂玖丝寺》敝撑c較高分子進化速率之間的緊密聯系，強調繁殖策略是驅動禾本科植物分子進化速率差異的關鍵因素。該研究不僅深化了對植物分子進化機制的深入理解，也有助于揭示復雜環境中不同生活史策略植物的演化命運與適應潛力。

圖3 正向分子進化模擬驗證無性克隆強度對gBGC與dN/dS的影響

該成果以Clonal longevity and the enigmatic flowering of woody bamboos are associated with rates of protein evolution為題在植物學期刊Journal of Integrative Plant Biology上發表。中國科學院昆明植物研究所王鑫博士研究生為本論文的第一作者，周偉研究員和山東農業大學李德銖教授為本文共同通訊作者，中國科學院昆明植物研究所為第一單位。此外，昆明植物研究所王紅研究員和馬朋飛研究員，美國賓夕法尼亞州立大學馬紅教授，山東農業大學劉云龍教授，云南中醫藥大學孫華英副教授以及博士研究生曾志華等參與了該項研究。本研究工作得到國家自然科學基金(32120103003, 32470394)，云南省青年人才項目(YNWR-QNBJ-2019-203)，云南省基礎研究計劃(202201AS070057)等項目的資助。