蓼科（Polygonaceae）作为包含约50属1000余种的植物类群，广泛分布于温带至热带全域，兼具关键生态功能与重要科研价值。该科不仅囊括大黄、何首乌等常用药用植物，更展现出极强的生境适应性——从湿地到4200米高寒山地的多样环境均能扎根，且染色体数目（16-88条）与倍性类型（二倍体、四倍体、八倍体等）变异显著，成为解析植物适应性进化机制的理想研究体系。然而，其 “跨生境适应”与“核型演化”的内在遗传关联长期以来尚未明确。

河北大学何强组此前在蓼科物种演化规律与适应性机制解析方面产出多项成果——继完成药用大黄四倍体演化特征及蒽醌合成分子机制（Plant Communications, 2023）、何首乌药用成分代谢通路与适应性进化机制（Journal of Systematics and Evolution, 2024）等重要工作后。近日，在国际知名期刊Cell Reports在线发表了题为“Genomic insights into karyotype evolution and adaptive mechanisms in Polygonaceae species”的研究论文，通过整合11个蓼科物种的高质量基因组，系统阐明了蓼科祖先核型的演化规律，揭示了核型变异与跨生境适应性的分子关联。该研究填补蓼科核型演化研究的空白，为植物核型变异驱动适应性进化的机制研究提供了全新视角。

为解析蓼科适应性进化的分子机制，本研究选取覆盖中国77% 蓼科属的11个物种（生境跨度为海拔100米湿地至4200米高寒山地），构建高质量多物种基因组数据集。基于该数据集，在基因组水平明确了蓼科10个属的系统演化关系；通过共线性分析证实，蓼科祖先拥有28条染色体，早期经历过全基因组加倍事件，现代物种染色体数（8-12 条）通过大量染色体重排精简形成，解决了长期以来的核型演化争议；而且发现转座子的大量扩增不仅导致蓼科不同物种基因组大小差异显著，还能诱导染色体重排，是驱动核型演化的核心因素；此外，构建的跨属泛基因组（含80,055个基因家族）揭示，私有基因是物种适应不同生境的关键，而基因拷贝数变异则直接影响药用次生代谢物的含量与多样性，为阐明极端生境适应性的分子基础提供了重要依据。

综上，本研究不仅填补了蓼科植物核型演化研究的空白，也为其他复杂科属的核型演化研究提供了参考，还系统解析了蓼科植物卓越生境适应能力的分子机制，进一步深化了对植物适应性进化分子机制的认知。

河北大学生命科学学院博士研究生刘泽为该论文第一作者，河北大学何强研究员为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和河北省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)01329-4