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科研進(jìn)展
昆明植物所利用大量核基因片段及等位基因數(shù)據(jù)澄清剛竹屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系 文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫 | 發(fā)布時(shí)間:2019-05-22 | 作者:張麗娜,馬朋飛 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 溫帶木本竹子(青籬竹族)一直是竹亞科分類學(xué)研究的難點(diǎn)。由于其演化歷史中可能經(jīng)歷了快速輻射演化和異源多倍化等事件,加上大部分種類幾十年乃至120年才開一次花,分子變異速率較慢,分子系統(tǒng)發(fā)育研究難點(diǎn)大,現(xiàn)有的研究結(jié)果與傳統(tǒng)分類學(xué)存在較大沖突,很多屬的單系性沒有得到葉綠體基因系統(tǒng)發(fā)育樹的支持。溫帶木本竹子異源多倍化的遺傳背景也增加了使用核基因片段的難度,分子系統(tǒng)發(fā)育研究使用的單拷貝核基因有限。近30年來,分子系統(tǒng)學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)發(fā)展很快,但這個(gè)問題一直困擾著溫帶木本竹子的系統(tǒng)發(fā)育研究。剛竹屬(Phyllostachys Sieb. & Zucc.)是青籬竹族一個(gè)東亞特有屬,可能為古四倍體(2n=48)起源。該屬在世界各地廣為栽培,包括毛竹[P. edulis (Carr.) J. Houz.]等重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值物種。在形態(tài)分類學(xué)方面,該屬的種類地下莖單軸散生,具續(xù)次性發(fā)生花序,每節(jié)兩分枝,節(jié)間在分枝一側(cè)具溝槽,易以與其它溫帶木本竹子相區(qū)分。然而,分子系統(tǒng)發(fā)育的研究結(jié)果顯示該屬可能不為單系,其近緣類群也存在爭議。 中國科學(xué)院昆明植物研究所植物多樣性與基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)李德銖研究組長期從事竹亞科分類、系統(tǒng)發(fā)育和生物地理學(xué)研究?;谛螒B(tài)分類和前期分子系統(tǒng)發(fā)育研究結(jié)果,研究人員選取26種剛竹屬和5個(gè)可能近緣屬,以箭竹屬(Fargesia Franch.)為外類群,通過PCR結(jié)合二代測序技術(shù)獲取了39個(gè)種61個(gè)直系同源基因片段。以毛竹基因組為參考,組裝了每個(gè)片段可能的等位基因以及考慮不同的取樣,構(gòu)建了36套數(shù)據(jù),使用聯(lián)合和基于溯祖理論的建樹方法,重建了剛竹屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,并討論了等位基因及建樹方法對重建系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的影響。研究結(jié)果表明,剛竹屬為單系,與鵝毛竹屬(Shibataea Nakai)構(gòu)成姐妹群關(guān)系。研究結(jié)果支持依據(jù)稈籜,花序、節(jié)間及地下莖等相關(guān)特征將剛竹屬分為剛竹組和水竹組。形態(tài)分類上有爭議的幾個(gè)種,如毛金竹可能是雜交起源。毛竹和假毛竹構(gòu)成的分支與剛竹組的其它類群互為姐妹群。等位基因的選取會影響系統(tǒng)發(fā)育的構(gòu)建,特別是利用聯(lián)合的建樹方法,基于溯祖理論的建樹方法受等位基因的影響較小。聯(lián)合的方法雖然能構(gòu)建較高支持率的系統(tǒng)樹,但往往可能不是正確的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。由于溫帶木本竹子的演化歷史復(fù)雜,需要結(jié)合葉綠體基因組和核基因組的信息,特別是來自核基因組的系統(tǒng)發(fā)育信息來重建其系統(tǒng)發(fā)育?;谒葑胬碚摰慕浞椒▽沂緩?fù)雜的演化歷史,特別是快速輻射演化的類群比聯(lián)合的方法更具有優(yōu)勢。該研究不但對溫帶木本竹子的系統(tǒng)發(fā)育研究具有重要意義,也為其它快速輻射演化類群的研究提供了一個(gè)成功的案例。此外,該研究強(qiáng)調(diào),對于存在不完全譜系分選和異源多倍化的類群,基于少數(shù)基因片段建立的系統(tǒng)樹可能存在問題,據(jù)此做分類學(xué)處理和名稱的變動必須慎之又慎。研究結(jié)果以“Using Nuclear Loci and Allelic Variation to Disentangle the Phylogeny of Phyllostachys (Poaceae, Bambusoideae) ”為題,在線發(fā)表于國際演化生物學(xué)主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution,張麗娜博士(現(xiàn)在福建農(nóng)林大學(xué)工作)和馬朋飛副研究員為文章共同第一作者,李德銖研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(31430011)、中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)(XDB31010000)和青促會項(xiàng)目(2015321)的支持。
圖1. 剛竹屬及近緣類群39個(gè)竹種中獲取的等位基因序列數(shù)目。
圖2. 根據(jù)12組等位基因數(shù)據(jù)構(gòu)建剛竹屬及其近緣類群的多數(shù)一致系統(tǒng)樹。 (責(zé)任編輯:李雪)
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