原文来源：Szánthó L L, Merényi Z, Donoghue P , et al., 2025. A timetree of Fungi dated with fossils and horizontal gene transfers. Nat Ecol Evol.
https://doi.org/10.1038/s41559-025-02851-z.
研究背景
真菌是地球生态系统的关键组成部分，广泛分布于各种环境，在生命演化早期发挥了重要作用。经典理论认为，真菌与植物的共生关系是生命从水生环境成功登陆并实现多样化的重要基础。要深入理解这一过程，必须首先厘清真菌自身的演化历史。真菌类群具有极高的多样性，形态包括丝状真菌、蘑菇和酵母等。其中，虫霉门、毛霉门等早期分化类群经历了菌丝起源、陆生适应等关键演化创新，是理解真菌演化历程的重要研究对象。然而，构建可靠的真菌演化时间树长期面临以下挑战：1）化石记录稀缺，特别是早期单细胞化石极为罕见，导致定年校准缺乏可靠依据；2）基因组数据存在偏差，现有数据主要集中在双核亚界，早期类群代表性不足；3）分析方法受限，大规模序列分析受到传统工具精度和计算成本的限制；4）系统发育关系不明，关键类群的演化位置存在争议，影响树形结构的稳定性。这些难题共同制约着对真菌演化时间线的准确认识，也是本研究要解决的核心问题。
科学问题
该研究围绕真菌演化时间树重建的核心挑战，重点探讨以下四个关键科学问题：
1. 数据整合与计算方法创新：如何综合利用化石证据、水平基因转移事件和果胶特异性酶演化等多维数据，结合新型计算模型与软件，解决化石校准点稀缺、基因组数据偏差、蛋白质序列分析复杂等难题，从而建立更可靠的真菌演化时间框架。
2. 真菌类群分化时间的精确厘定：如何准确确定真菌主要类群（包括早期类群与双核亚界）的分化时间范围，验证其是否比现有认知更为古老，并为真菌可能存在于中元古代（16-10亿年前）的假说提供证据支持。
3. 真菌与植物祖先的早期互作时间：如何确定真菌与陆生植物祖先（链型藻类）开始相互作用的具体时间，验证这一互作是否早于现代陆生植物的起源，从而确认二者演化史上是否存在“漫长的演化间隔期”。同时，通过分析果胶特异性酶的演化历史，为这一古老互作关系提供分子层面的证据。
4.定年结果的可靠性与不确定性评估：如何通过多方案交叉验证的方法，构建既保守又可靠的真菌演化时间框架。研究计划在基础校准集之外，设计多组基于功能基因演化的补充定年方案，通过系统比较不同方案得到的时间置信区间，选取最保守的估计值进行整合，从而有效量化不确定性，为后续研究提供可靠的时间基准。
研究思路
该研究旨在解决构建真菌演化时间树的核心难题，其整体思路遵循“界定问题-创新方法-整合验证”的逻辑链条。
首先，为解决数据偏差、演化关系争议、化石校准点稀缺和计算量大等问题，研究团队系统选取了110种真菌（含43个早期关键类群）和43种外群生物作为样本，并从889个候选蛋白质中筛选出225个高质量标记，构建了一个包含约9.6万个氨基酸位点的超级矩阵，以全面提升数据代表性。在推断演化关系时，团队采用了能更准确处理序列差异的新模型（CAT-PMSF），并结合多种统计检验与一致性分析方法，以厘清油壶菌门等关键类群在演化树上的位置。
其次，研究分“先定关系，再定时间”两步展开。第一步，通过对比新旧模型的性能，确认了考虑序列差异对于推断深层演化关系至关重要，并得出了“油壶菌门是所有陆生无鞭毛真菌的姐妹群”等关键结论。第二步，进行分子定年：团队整合了27个化石证据和17个源自基因水平转移事件的相对时间约束，构成了一个核心校准集；同时，基于对果胶降解酶演化历史的不同假设，设计了3种补充定年场景。在此过程中，通过优化计算软件，将单次分析时间从数周缩短至1天以内，极大提升了效率。
最后，为评估结果的可靠性，研究进行了4组平行的定年分析。通过综合比较各组结果中每个节点的时间置信区间，并选取其中最保守的数值，最终构建了一个审慎而可靠的时间框架。研究还证实了“模型选择对结果的影响大于演化速率假设”，并确定了“约1万个氨基酸位点即可满足精度要求”等关键参数，最终形成了一个稳健、包容的真菌演化时间树，为后续探索真菌与植物的协同演化奠定了坚实的时间基准。
核心发现
本研究通过整合多维度数据与创新计算方法，在真菌演化历史研究方面取得4个层面的关键发现：
1. 真菌起源时间早于既往认知：该研究发现，所有现存真菌的最后共同祖先（即真菌冠群）的出现时间可追溯至约14.01亿至8.96亿年前。这一结果显著早于此前主流观点（如不早于8.5亿年），将真菌起源的可能时期推前至中元古代（16-10亿年前），并与一些早期疑似化石记录的年代相吻合（图1）。
图1 真菌演化时间树（涵盖110种真菌与43种其他真核生物）。本图展示了真菌的演化历程：横轴为时间尺度，树枝分叉处标注了各真菌类群的分化时间，误差线表示时间估算范围。图中包含110种真菌和43种其他真核生物作为参照。从图中可见：真菌共同祖先可能在14.01亿至8.96亿年前出现，早于既往认知；具备分解植物细胞壁能力的真菌类群，其分化时间明显早于现代陆生植物。这支持了"真菌先适应陆地，为植物登陆奠定基础"的假说。
2.修正真菌-植物早期互作历史：该研究发现，真菌降解植物细胞壁的关键能力（依赖于果胶特异性酶PSE）是后期获得的。该酶并非真菌远古祖先固有，而是在约12.53亿至7.97亿年前通过基因水平转移从细菌等外源获得（图2）。同时，真菌与陆生植物祖先（链型藻类）的互作始于约12.53亿至7.97亿年前，而真正的陆生植物直到约6.12亿至4.31亿年前才出现。二者之间存在长达3亿至8亿年的“演化间隔期”，强有力地支持了“真菌与藻类互作远早于复杂陆生植物正式登陆”的假说。
图2 果胶特异性酶（PSE）在真菌中的演化轨迹。本图展示了真菌获得植物细胞壁降解能力的演化过程：图a显示不同真菌类群出现概率的时间变化及PSE基因拷贝数的扩张趋势。结果表明，PSE功能在现代陆生植物出现前就已发展，并在大型真菌中显著扩张。图b通过时间区间对比显示，真菌获得分解植物细胞壁能力的时间远早于现代陆生植物的兴起，为“真菌先改造陆地环境，为植物登陆创造条件”的假说提供了分子时间证据。
3.明确关键演化路径与气候关联：通过系统发育分析，研究确认油壶菌门是所有陆生无鞭毛真菌的姐妹类群。这一关键位置支持了真菌从水生到陆地的过渡是“单次完成”的演化事件。此外，大型真菌类群（如蘑菇、盘菌等）的主要分化时期（约7亿至4亿年前）与新元古代全球冰期事件在时间上存在重叠，暗示远古极端气候可能推动了真菌的多细胞化与形态复杂化。
4.建立可推广的研究新方法：在研究方法上，本研究验证了考虑序列组成异质性的CAT模型对于获得可靠定年结果至关重要。更重要的是，研究开创性地将17个基于水平基因转移事件的相对时间约束纳入定年框架，有效弥补了化石稀缺造成的数据盲区。这一方法为研究其他缺乏化石记录的生命类群的演化历史，提供了可推广的新策略。
重要启示
本研究主要带来以下四方面的重要启示：
1. 重塑对早期真核演化的认知：该研究将真菌起源时间推前至14.01–8.96亿年前，为中元古代（16–10亿年前）可能存在真菌的假说提供了有力证据，这对该时期是“真核演化停滞期”的传统观点构成了挑战。同时，研究证实真菌通过“单次陆生化”完成了从水生到陆地的过渡。这一模式与动物、植物的陆化历程相呼应，共同揭示了真核生物登陆的普遍规律。
2. 改写陆生生态系统的起源叙事：该研究发现真菌与植物祖先（链型藻类）的互作始于12.53–7.97亿年前，远早于陆生植物的正式登场（约6亿年前）。这表明真菌可能是陆地生态系统的“先行者”，在植物登陆前就已开始改造陆地环境。同时，真菌降解植物细胞壁的关键能力（依赖PSE酶）是后期获得的，提示其与植物的关系可能从最初的分解作用逐步演化为共生关系。
3、为演化研究提供方法范式：针对化石稀缺类群的研究难题，该研究发展了一套融合化石、基因转移事件和功能基因演化的多维度定年方法，显著提高了定年结果的可靠性。此外，研究验证了CAT模型在分析方法上的优势，并确立了兼顾精度与效率的关键参数（如约1万个氨基酸位点），为今后开展大规模演化分析提供了实用的技术方案。
4、指引未来研究方向：该研究为寻找中元古代真菌化石提供了明确的时间线索，同时提示可通过研究现代类似环境（如微生物席）来验证早期真菌-藻类的互作模式。此外，大型真菌类群在新元古代冰期的快速分化现象，为探索“气候变化如何驱动真核生物形态创新”这一重大科学问题提供了来自真菌界的重要证据。
——解读人：石敏
——责任编辑：叶琴
