Convergent evolution is pervasive in nature, but it is poorly understood how various constraints and natural selection limit the diversity of evolvable phenotypes. Here, we analyze the transcriptome across fruiting body development to understand the independent evolution of complex multicellularity in the two largest clades of fungi—the Agarico- and Pezizomycotina. Despite >650 My of divergence between these clades, we find that very similar sets of genes have convergently been co-opted for complex multicellularity, followed by expansions of their gene families by duplications. Over 82% of shared multicellularity-related gene families were expanding in both clades, indicating a high prevalence of convergence also at the gene family level. This convergence is coupled with a rich inferred repertoire of multicellularity-related genes in the most recent common ancestor of the Agarico- and Pezizomycotina, consistent with the hypothesis that the coding capacity of ancestral fungal genomes might have promoted the repeated evolution of complex multicellularity. We interpret this repertoire as an indication of evolutionary predisposition of fungal ancestors for evolving complex multicellular fruiting bodies. Our work suggests that evolutionary convergence may happen not only when organisms are closely related or are under similar selection pressures, but also when ancestral genomic repertoires render certain evolutionary trajectories more likely than others, even across large phylogenetic distances.

中文翻译：

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深度发散的复杂多细胞真菌之间无与伦比的分子收敛水平。

趋同进化在自然界中无处不在，但人们对各种约束和自然选择如何限制可进化表型的多样性知之甚少。在这里，我们分析了整个子实体发育的转录组，以了解两个最大的真菌进化枝 - 蘑菇和 Pezizomycotina 中复杂多细胞性的独立进化。尽管这些进化枝之间的差异 > 650 My，但我们发现非常相似的基因组已经集中地被选为复杂的多细胞性，随后通过复制扩展了它们的基因家族。超过 82% 的共享多细胞相关基因家族在两个进化枝中都在扩展，这表明在基因家族水平上也高度流行。这种趋同与最近共同祖先的蘑菇菌属和 Pezizomycotina 的多细胞相关基因的丰富推断库相结合，这与祖先真菌基因组的编码能力可能促进了复杂多细胞性重复进化的假设一致。我们将此剧目解释为真菌祖先进化复杂多细胞子实体的进化倾向的指示。我们的工作表明，进化趋同不仅可能发生在生物体密切相关或处于相似选择压力下时，而且当祖先基因组库使某些进化轨迹比其他进化轨迹更可能发生时，甚至跨越大的系统发育距离也可能发生。与祖先真菌基因组的编码能力可能促进了复杂多细胞性的重复进化的假设一致。我们将此剧目解释为真菌祖先进化复杂多细胞子实体的进化倾向的指示。我们的工作表明，进化趋同不仅可能发生在生物体密切相关或处于相似选择压力下时，而且当祖先基因组库使某些进化轨迹比其他进化轨迹更可能发生时，甚至跨越大的系统发育距离也可能发生。与祖先真菌基因组的编码能力可能促进了复杂多细胞性的重复进化的假设一致。我们将此剧目解释为真菌祖先进化复杂多细胞子实体的进化倾向的指示。我们的工作表明，进化趋同不仅可能发生在生物体密切相关或处于相似选择压力下时，而且当祖先基因组库使某些进化轨迹比其他进化轨迹更可能发生时，甚至跨越大的系统发育距离也可能发生。我们将此剧目解释为真菌祖先进化复杂多细胞子实体的进化倾向的指示。我们的工作表明，进化趋同不仅可能发生在生物体密切相关或处于相似选择压力下时，而且当祖先基因组库使某些进化轨迹比其他进化轨迹更可能发生时，甚至跨越大的系统发育距离也可能发生。我们将此剧目解释为真菌祖先进化复杂多细胞子实体的进化倾向的指示。我们的工作表明，进化趋同不仅可能发生在生物体密切相关或处于相似选择压力下时，而且当祖先基因组库使某些进化轨迹比其他进化轨迹更可能发生时，甚至跨越大的系统发育距离也可能发生。