蕨类植物是现存维管植物的第二大类群,起源于约4亿年前。在被子植物之前,它们在古代地球陆地植物中占主导地位,在现今的生态系统中仍然很重要。绝大部分的蕨类植物染色体数目非常高,可能是全基因组复制的结果。本研究基于系统基因组学方法和计算同义替代率Ks值计算的方法对38科64属69种蕨类植物的转录组数据进行全基因组复制事件的检测,并深入研究了翼盖蕨、卤蕨的全基因组复制事件和物种多样化之间的可能关系。研究结果显示:(1)通过系统发生学手段,发现了16个全基因组复制事件:三个古老事件,这些事件是现存蕨类植物的共有,另外还有3个目级水平,7个科级水平,在蕨类植物目层次上,瓶尔小草目、里白目、槐叶蘋目等蕨类植物骨干类群的祖先至少经历了一次全基因组复制事件,而水龙骨目祖先经历了至少了四次全基因组复制事件,为蕨类植物进化历程中经历多次全基因组复制事件提供了有力的证据。(2)通过同义替换率Ks的方法,对69种蕨类植物的转录组数据的Ks进行逐一计算,发现45个物种存在全基因组复制的痕迹,包含8个目,25个科物种,木贼科、瓶尔小草科、合囊蕨科、海金沙蕨科、槐叶蘋科、金毛狗科、鳞始蕨科等均皆发现了全基因组复制的痕迹。在碗蕨、凤尾蕨科和真水龙骨类群发现大量全基因组复制痕迹,结果与系统发生学结果相互验证,进一步验证蕨类植物在进化历程中经历多次全基因组复制事件。(3)对保留下来的基因进行功能富集,结果显示有很大一部分基因与调控有关。重复基因被优先保留用于特定的功能,如环境反应,进一步支持重复基因可能促进了对环境变化的快速适应,并可能导致进化成功,特别是对于泛热带物种,如卤蕨,具有较高的耐热性。(4)通过对卤蕨、翼盖蕨的Ks值的深入分析,结果发现卤蕨在进化历程中至少经历了两次全基因组复制事件,发生时间分别为54mya和99mya;翼盖蕨在进化历程中经历了至少两次全基因组复制事件,时间为62mya和90mya。卤蕨和翼盖蕨分别经历的全基因组复制事件和这两个物种的物种分化历史和全球环境变化密切相关。研究认为,蕨类植物比种子植物有更大的基因组和更高的染色体数目,这可能是由于发生多次多倍化。这项研究为蕨类植物中出现WGD提供了分子证据,并为蕨类植物的基因组进化史提供了重要线索。