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昆明植物所在橫斷山區(qū)紅豆杉屬物種形成研究中取得新進展

文章來源:中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室  |  發(fā)布時間:2023-09-13  |  作者:秦漢韜  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  山地孕育了多樣的生境,進而刻畫了物種復雜的演化歷史。在地質(zhì)歷史和古氣候的變遷中,由于物種分布區(qū)變遷導致的二次接觸通常誘發(fā)種間雜交或葉綠體捕獲,進而導致物種基因樹的核質(zhì)沖突。前期研究表明,橫斷山區(qū)異域分布的四種紅豆杉存在核質(zhì)沖突現(xiàn)象,推斷高山紅豆杉(Taxus florinii)和峨眉紅豆杉(Emei type)是喜馬拉雅紅豆杉(T. wallichiana)和紅豆杉(T. chinensis)之間雜交起源的種系,但其物種形成歷史與機制尚不清楚。

  中國科學院昆明植物研究所西南山地植物多樣性演化與保護專題團隊與國際同行在多年合作的基礎(chǔ)上,通過多組學結(jié)合的方法,在群體水平深入探討了橫斷山地區(qū)紅豆杉屬物種形成的過程與機制。群體基因組分析結(jié)果表明,四個紅豆杉屬物種為獨立的遺傳譜系,種間基因流僅存在于鄰域分布的居群中。系統(tǒng)發(fā)育基因組分析顯示高山紅豆杉和峨眉紅豆杉在系統(tǒng)樹上存在明顯的核質(zhì)沖突。在排除不完全譜系分選和葉綠體重組的可能后,推斷雜交是導致沖突的根源。進一步的群體結(jié)構(gòu)分析排除了雜交成種的可能性,表明可能是葉綠體捕獲導致了核質(zhì)沖突。葉綠體捕獲通常發(fā)生在葉綠體為母系遺傳的植物中,且多受雜交后代中雄性不育的影響,而在葉綠體為父系遺傳的植物中,這個過程反而會阻礙葉綠體捕獲的發(fā)生。紅豆杉屬植物的葉綠體是父系遺傳,葉綠體捕獲事件在裸子植物中較為罕見,高山紅豆杉和峨眉紅豆杉是兩個相同親本種因葉綠體捕獲方向相反而形成了不同物種的研究案例。對分布于橫斷山地區(qū)的紅豆杉屬的物種形成歷史,研究人員推測,在中新世晚期,生態(tài)位分隔或地理隔離的親本物種(喜馬拉雅紅豆杉和紅豆杉)因分布區(qū)變遷發(fā)生二次接觸,誘發(fā)了種間雜交和雙向的葉綠體捕獲。高山紅豆杉的祖先種群捕獲了紅豆杉的葉綠體,與之對應(yīng)的峨眉紅豆杉的祖先種群捕獲了喜馬拉雅紅豆杉的葉綠體,此后二者的雜種群體作為父本與各自的母系親本持續(xù)發(fā)生回交,通過占據(jù)新生境和適應(yīng)性漸滲促進了與親本種的隔離和分化,最終形成新的物種。基于樣方的群落組成和生態(tài)位分析證實四個現(xiàn)存的紅豆杉屬物種擁有不同的生態(tài)位。紅豆杉屬物種在橫斷山地區(qū)的物種形成過程與橫斷山造山運動以及晚中新世亞洲季風加強密切相關(guān)。亞洲季風的加強可能導致橫斷山地區(qū)局部區(qū)域降水增加,從而導致紅豆杉屬植物種群性比發(fā)生變化,促進葉綠體捕獲和漸滲的發(fā)生。這種物種形成過程可能代表了在山地環(huán)境中較為常見但鮮為人知的物種形成式樣,為理解生物多樣性熱點地區(qū)植物物種形成與多樣性歷史提供了新的研究案例。 

  該研究以Multiple paternally inherited chloroplast capture events associated with Taxus speciation in the Hengduan Mountains為題發(fā)表于國際主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。中國科學院昆明植物研究所博士研究生秦漢韜為論文第一作者,高連明研究員、劉杰副研究員和李德銖研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項XDB31000000),國家自然科學基金(41971071, 31370252, 41571059)等項目的資助。 

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1 橫斷山區(qū)四種紅豆杉屬植物物種形成歷史和機制示意圖  

(責任編輯:李雪)

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