被子植物又称开花植物，是种子植物中最为繁盛的一个类群，其起源与演化长期以来是植物进化研究的核心问题之一。长期以来，WGD（全基因组加倍 / 多倍化）被认为在种子植物和被子植物的起源与性状演化中扮演关键角色。但因WGD遗传痕迹易被后续二倍化过程中的基因丢失、染色体重排和基因同义替换饱和所掩盖，追溯这些远古多倍化事件面临技术挑战。2011年，Jiao等学者基于单子叶植物和双子叶植物分化前基因重复年龄的双峰分布，提出种子植物和被子植物祖先各经历了一次独立的WGD事件，并命名为ζ事件和ε事件。然而，2017年Ruprecht等分析发现，该双峰信号可能源于分子定年分析中，仅校准了代表单/双子叶植物分化的两个同源节点之一，而另一个节点未被校准，而非真实的演化事件，使得相关争议持续未解。
为厘清被子植物与种子植物祖先的多倍化历史，中国科学院武汉植物园与根特大学研究者引入“剂量敏感基因”作为古老WGD检测的演化标记。这类基因通常编码蛋白复合体、信号通路或调控网络的核心组分，其表达剂量变化易破坏细胞内化学计量平衡，因此在WGD事件后通常被优先保留。研究通过对已知经历不同WGD次数的代表性被子植物的直系同源基因家族（OGs）进行分析，基于观察OG拷贝数与WGD后预期拷贝数之间的相关系数来量化OGs的相对剂量敏感性，将OGs分为A（高敏感）到D（低敏感）四组，从而系统评估OGs在WGD后的保留模式（图1）。研究验证了相对高敏感性基因（如A组）在WGD检测中的优势：它们表现出更强的纯化选择、更广泛的蛋白质互作、更高的组织表达广度，且在已知WGD事件中呈现更显著的Ks（同义替换）峰值，印证了其作为可靠WGD演化标记的潜力。
研究进一步利用剂量敏感性较高的直系同源基因家族，整合基因树-物种树协调、基因拷贝数相关性分析与概率保留模型三类证据，对被子植物和种子植物祖先是否存分别存在WGD进行系统检验。无油樟（Amborella trichopoda）和流苏马兜铃（Aristolochia fimbriata）是已知在被子植物起源后未再经历额外的WGD事件的两种植物。研究结果显示，在无油樟与马兜铃中，仅检测到一个显著的古老基因重复峰，对应种子植物祖先的WGD（ζ事件），而预期中代表被子植物祖先WGD（ε事件）的年轻重复信号极其微弱，其基因重复节点比例显著低于理论预期（图1）。基因计数相关性与概率建模进一步表明，剂量敏感性较高的直系同源基因家族在ζ事件中基因重复保留率较高，而在ε事件中的基因重复保留率极低，无法支持ε事件作为一次独立WGD的存在。因此，剂量敏感基因的演化轨迹揭示种子植物祖先共同经历了一次WGD，而被子植物起源过程中更可能并未发生额外的WGD事件。
该研究由中国科学院武汉植物园石涛研究员与比利时根特大学Yves Van de Peer教授以“Revisiting ancient whole-genome duplications in the seed and flowering plants through the lens of dosage-sensitive genes”为题发表在国际学术期刊《Science Advances》上。相关研究工作得到了国家自然科学基金（32570276和32170240）等项目的资助。
图1. 不同剂量敏感性的直系同源基因家族在被子植物祖先（ε）与种子植物祖先（ζ）节点的基因重复事件频率比较。
