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科研進展
昆明植物所在山茱萸目系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)及生物地理學(xué)方面取得新進展 文章來源:中國科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點實驗室 | 發(fā)布時間:2019-09-11 | 作者:付超男 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 山茱萸目是最大真雙子葉植物分支菊支的基部類群。該目包括很多具有重要經(jīng)濟價值、生態(tài)價值和保護價值的類群,如中國特有的孑遺植物珙桐和重要的觀賞植物繡球花等。前期研究表明,該目可能經(jīng)歷過古老的快速分化,在很短的時間內(nèi)分化出大多數(shù)類群。解決這種快速輻射類群的系統(tǒng)演化關(guān)系一直是進化生物學(xué)領(lǐng)域的難點和挑戰(zhàn),近年來迅速發(fā)展的系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)為解決植物類群深度分支的系統(tǒng)關(guān)系提供了契機。 近期,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)團隊高連明研究組和植物多樣性與基因組學(xué)團隊李德銖研究員、美國北卡羅萊納州立大學(xué)向秋云教授合作,基于山茱萸目全部10個科31屬81個個體的葉綠體基因組數(shù)據(jù)重建了山茱萸目的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,推斷了山茱萸目的早期演化和生物地理歷史,并討論了葉綠體基因組同義突變位點對系統(tǒng)發(fā)育重建的影響及化石使用方法對生物地理推斷的影響。研究結(jié)果表明,不同的數(shù)據(jù)處理方式會影響系統(tǒng)發(fā)育推斷,基于氨基酸序列、蛋白編碼序列的第一和第二位密碼子、簡并核苷酸序列和非編碼區(qū)序列能很好地解決山茱萸目科間和科間屬間的系統(tǒng)關(guān)系,并得到高度支持?;诘鞍踪|(zhì)編碼基因核苷酸序列所有位點和基因第三位密碼子支持水穗草科和刺蓮花科為姐妹群,這一沖突主要是由于蛋白質(zhì)編碼基因中的同義突變位點引起的。分化時間推斷支持山茱萸目起源于白堊紀中期,并且在很短的時間內(nèi)快速分化出主要分支。多樣化速率分析發(fā)現(xiàn),山茱萸目假石南科-南非茱萸科分支和繡球花科中的Fendlera-Jamesia分支經(jīng)歷了多樣化速率顯著下降,而繡球花科-刺蓮花科分支和繡球花科中的山梅花屬分支經(jīng)歷了多樣化速率顯著上升。研究表明,是否使用化石信息會顯著影響生物地理推斷。祖先分布區(qū)重建結(jié)果顯示,僅基于現(xiàn)有種,山茱萸目起源于亞洲和非洲;而基于現(xiàn)有種和化石信息,山茱萸目起源于歐洲、亞洲、北美洲和非洲這一廣泛區(qū)域?,F(xiàn)僅分布于非洲的水穗草科和南非茱萸科-假石南科分支分別起源于北半球向非洲擴散和北半球與非洲隔離分化兩次獨立的事件,而其余科均起源于北半球,隨后一些分支向南擴散?;诳煽康南到y(tǒng)發(fā)育樹為研究該目的起源、生物地理和多樣化格局等進化問題提供了基礎(chǔ),也對解理被子植物五大主干分支之一菊分支的早期演化與多樣性歷史提供了重要證據(jù)。 該研究結(jié)果以“Plastid phylogenomics and biogeographic analysis support a trans-Tethyan origin and rapid early radiation of Cornales in the Mid-Cretaceous”為題在線發(fā)表在本學(xué)科領(lǐng)域主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。 付超男博士為文章第一作者,高連明研究員、李德銖研究員和向秋云教授為共同通訊作者。上述研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDB31000000),中國科學(xué)院大科學(xué)裝置開放研究項目(2017-LSFGBOWS-01)和云南省科技領(lǐng)軍人才項目(2017HA014)的資助。
圖1 山茱萸目科間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與分化時間(A),以及該目的起源與生物地理推斷(B) (責(zé)任編輯:李雪)
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