全基因组复制是指生物体获得额外整套染色体的现象，即多倍体（polyploidy）。例如，香蕉是三倍体，小麦是六倍体。多倍体在植物中非常普遍，但通常被认为是进化的“死胡同”，因为维护更大基因组需要更多能量，且可能导致生育问题。然而，面对极端环境变化（如小行星撞击、全球变冷或变暖），多倍体植物可能反而获得优势。

当一颗像珠穆朗玛峰一样大的小行星在6600万年前撞击地球时，它消灭了所有非鸟类恐龙以及地球上大约三分之一的生命。但许多植物从这场灾难中幸存了下来。在发表于《Cell》的一项新研究中，研究人员揭示，基因组意外复制——一种自然现象——可能帮助了许多开花植物在地球历史上一些最极端的环境动荡中幸存下来。

这种策略可能帮助植物适应今天正在发生的快速气候变化。

额外基因组如何赋予植物优势

“在稳定环境中，全基因组复制常被视为进化的死胡同，”该研究的作者、比利时根特大学的Yves Van de Peer说。“但在严酷条件下，它可以提供意想不到的优势。”

大多数生物携带两套染色体，每套来自一个亲本。但在开花植物中，许多物种由于随机的全基因组复制而携带额外的染色体组。例如，大多数栽培香蕉有三套染色体，而小麦植物可有多达六套，这种情况称为多倍体。

全基因组复制在植物中发生相对频繁，且可能代价高昂。较大的基因组需要更多营养来维持，增加获得有害突变的风险，并影响生育能力。由于这些原因，只有一小部分复制的基因组在野外被保留并代代相传。

另一方面，基因组复制可以增加遗传变异，基因可以进化出新的功能。这些变化可能帮助生物更好地耐受高温或干旱等胁迫。

将古代基因组与过去危机联系起来

为了理解为什么一些复制的基因组能够持续存在，Van de Peer及其团队分析了470种开花植物的基因组，构建了同类研究中最大的数据集之一。他们寻找几乎完全相同的成对基因块——这是过去全基因组复制事件的标志。然后，他们将数据与44个植物化石的信息进行比较，以估计这些复制发生的时间。

他们的分析揭示了一个引人注目的模式。研究人员发现，随着时间推移持续存在的基因往往源自环境剧变主要时期发生的全基因组复制。

这些事件包括：6600万年前小行星引发的物种大灭绝、几次生态系统崩溃的全球变冷期，以及大约5600万年前的古新世-始新世极热事件（PETM）——一个全球快速变暖的时期。

这一发现有助于解释一个长期存在的谜题：为什么多倍体很常见，但只有少数能在数百万年的植物基因组中留存下来。

对未来气候变化的意义

在这些极端条件下，多倍体植物可能获得了优势。研究人员说，通常不利的特征（例如维护更大、更复杂的基因组）反而可能变得有益。

该研究还为植物可能如何应对今天的气候变化提供了一些线索。在PETM期间，全球气温在大约10万年内上升了约5至9摄氏度（9至14华氏度），这一变化与今天的变暖程度相当。

“尽管当前气候变暖的速度快得多，但从过去的观察来看，多倍性可能帮助植物应对这些压力条件，”Van de Peer说。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Hengchi Chen et al, The Rise of Polyploids During Environmental Upheaval, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.04.008.