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科研進(jìn)展
昆明植物所在異型花柱植物交配系統(tǒng)演化及其生態(tài)和遺傳效應(yīng)研究中取得重要進(jìn)展 文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫 | 發(fā)布時(shí)間:2019-05-21 | 作者:周偉,鐘莉 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 被子植物的花形態(tài)和結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的高度多樣化令人嘆為觀止,也激發(fā)了人們對(duì)其奧秘的無限探索。早在十八至十九世紀(jì),以科爾魯特(K.lreuter J.G.,1733-1806)、施普倫格(Sprengel C.K.,1750-1816)以及奈特(Knight T.A.,1759-1838)等為代表的自然學(xué)家通過細(xì)微的觀察對(duì)每個(gè)基本花部結(jié)構(gòu)的功能做了最樸素的思辯,由此奠定了“花生物學(xué)”的雛形。直到1876年,達(dá)爾文出版了《植物界的異花授粉和自花授粉》,開創(chuàng)性地提出異交的自然選擇優(yōu)勢理論,指出花各部分結(jié)構(gòu)協(xié)同功能均服務(wù)于促進(jìn)異交的過程(Nature…abhors perpetual self-fertilization — Charles Darwin 1876)。直到二十世紀(jì)上半葉,隨著理論進(jìn)化遺傳學(xué)的發(fā)展,學(xué)者們逐漸意識(shí)到,自交的譜系/物種在特定條件下也可能受到自然選擇的青睞,尤其是當(dāng)自交過程中繁殖保障優(yōu)勢(reproductive assurance)和基因的自動(dòng)傳遞優(yōu)勢(transmission advantage)能夠抵消近交衰退導(dǎo)致的適合度折損,并且尚有贏余的情形下,自交有可能受到選擇。那么,在自然界中自交個(gè)體能否成功侵入異交群體并有效保存下來?幸存的自交譜系/物種是否面臨遺傳多樣性的急劇減退?在遺傳儲(chǔ)備縮減的情形中,自交譜系/物種能否發(fā)育出具有適應(yīng)性演化功能的自交綜合征? 中國科學(xué)院昆明植物研究所植物多樣性演化和生態(tài)適應(yīng)團(tuán)隊(duì)王紅研究組和植物多樣性與基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)李德銖研究組,與加拿大多倫多大學(xué)等合作,選取報(bào)春花屬(Primula) 中異型花柱物種和同型花柱物種頻繁出現(xiàn)的鄂報(bào)春組(section Obconicolisteri),利用異型花柱物種異交為主,而同型花柱物種通常以自交為主的特性,對(duì)該組內(nèi)交配方式差異化的物種進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)、種群遺傳學(xué)和繁殖性狀演化綜合研究,探討其交配系統(tǒng)演化方向及其潛在的遺傳學(xué)和生態(tài)學(xué)效應(yīng)。研究表明,以鄂報(bào)春組為代表的報(bào)春花植物中,二型花柱為該類群祖征,而同型花柱則為衍征;二型花柱向同型花柱發(fā)生了多次的獨(dú)立演變;種群遺傳學(xué)分析不僅印證了系統(tǒng)學(xué)的結(jié)果,也表明衍生的同型花柱物種相對(duì)二型花柱祖先物種具有極高的自交率和極低的遺傳多樣性儲(chǔ)備;繁殖性狀的分析結(jié)果表明,所有獨(dú)立起源的同型花柱物種中均出現(xiàn)明顯的自交綜合征發(fā)育信號(hào),其中突出體現(xiàn)在花展示水平、雌雄功能隔離和雌雄繁殖資源分配等三個(gè)方面。該研究是異型花柱植物類群交配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變和自交綜合征發(fā)育的第一個(gè)實(shí)證案例,解析植物交配系統(tǒng)從異交向自交轉(zhuǎn)變的過程,及其潛在的種群遺傳學(xué)效應(yīng)和繁殖性狀適應(yīng)性演化規(guī)律,同時(shí),從植物性系統(tǒng)演化的角度探討了報(bào)春花屬在喜馬拉雅-橫斷山區(qū)的物種多樣性發(fā)生和維持機(jī)制。 研究成果以 “ Phylogenomic analysis reveals multiple evolutionary origins of selfing from outcrossing in a lineage of heterostylous plants ” 為題在植物學(xué)領(lǐng)域主流期刊New Phytologist在線發(fā)表。博士研究生鐘莉?yàn)檎撐牡谝蛔髡撸跫t研究員和周偉副研究員為共同通訊作者。 該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng) (XDB31000000)、國家自然科學(xué)基金(31570384, 31770417)、國家自然科學(xué)基金-云南省聯(lián)合重點(diǎn)基金(U1502261)、云南省云嶺學(xué)者項(xiàng)目(YLXL20170001)和中國科學(xué)院“西部之光”等項(xiàng)目資助。
圖1 鄂報(bào)春組物種系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其對(duì)應(yīng)的交配系統(tǒng)特征。
圖2 鄂報(bào)春組交配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變相關(guān)的自交綜合征發(fā)育信號(hào)。 (責(zé)任編輯:李雪)
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