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昆明植物所在山茱萸目系統發育基因組學及生物地理學方面取得新進展

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  |  發布時間:2019-09-11  |  作者:付超男  |  瀏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  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濟價值、生態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,該目可能經歷過古老的快速分化,在很短的時間內分化出大多數類群。解決這種快速輻射類群的系統演化關系一直是進化生物學領域的難點和挑戰,近年來迅速發展的系統發育基因組學為解決植物類群深度分支的系統關系提供了契機。 

  近期,中國科學院昆明植物研究所植物多樣性演化和生態適應團隊高連明研究組和植物多樣性與基因組學團隊李德銖研究員、美國北卡羅萊納州立大學向秋云教授合作,基于山茱萸目全部10個科3181個個體的葉綠體基因組數據重建了山茱萸目的系統發育關系,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發育重建的影響及化石使用方法對生物地理推斷的影響。研究結果表明,不同的數據處理方式會影響系統發育推斷,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序列能很好地解決山茱萸目科間和科間屬間的系統關系,并得到高度支持。基于蛋白質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快速分化出主要分支。多樣化速率分析發現,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。祖先分布區重建結果顯示,僅基于現有種,山茱萸目起源于亞洲和非洲;而基于現有種和化石信息,山茱萸目起源于歐洲、亞洲、北美洲和非洲這一廣泛區域。現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。基于可靠的系統發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,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。 

  該研究結果以“Plastid phylogenomics and biogeographic analysis support a trans-Tethyan origin and rapid early radiation of Cornales in the Mid-Cretaceous”為題在線發表在本學科領域主流期刊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院戰略性先導科技專項(XDB31000000),中國科學院大科學裝置開放研究項目(2017-LSFGBOWS-01)和云南省科技領軍人才項目(2017HA014)的資助。 

  文章鏈接 

 

1 山茱萸目科間系統發育關系與分化時間(A),以及該目的起源與生物地理推斷(B) 

(責任編輯:李雪)

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