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科研进展

昆明植物所在山茱萸目系统发育基因组学及生物地理学方面取得新进展

文章来源:中国科学院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室  |  发布时间:2019-09-11  |  作者:付超男  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  山茱萸目是最大真双子叶植物分支菊支的基部类群。该目包括很多具有重要经济价值、生态价值和保护价值的类群,如中国特有的孑遗植物珙桐和重要的观赏植物绣球花等。前期研究表明,该目可能经历过古老的快速分化,在很短的时间内分化出大多数类群。解决这种快速辐射类群的系统演化关系一直是进化生物学领域的难点和挑战,近年来迅速发展的系统发育基因组学为解决植物类群深度分支的系统关系提供了契机。 

  近期,中国科学院昆明植物研究所植物多样性演化和生态适应团队高连明研究组和植物多样性与基因组学团队李德铢研究员、美国北卡罗莱纳州立大学向秋云教授合作,基于山茱萸目全部10个科3181个个体的叶绿体基因组数据重建了山茱萸目的系统发育关系,推断了山茱萸目的早期演化和生物地理历史,并讨论了叶绿体基因组同义突变位点对系统发育重建的影响及化石使用方法对生物地理推断的影响。研究结果表明,不同的数据处理方式会影响系统发育推断,基于氨基酸序列、蛋白编码序列的第一和第二位密码子、简并核苷酸序列和非编码区序列能很好地解决山茱萸目科间和科间属间的系统关系,并得到高度支持。基于蛋白质编码基因核苷酸序列所有位点和基因第三位密码子支持水穗草科和刺莲花科为姐妹群,这一冲突主要是由于蛋白质编码基因中的同义突变位点引起的。分化时间推断支持山茱萸目起源于白垩纪中期,并且在很短的时间内快速分化出主要分支。多样化速率分析发现,山茱萸目假石南科-南非茱萸科分支和绣球花科中的Fendlera-Jamesia分支经历了多样化速率显著下降,而绣球花科-刺莲花科分支和绣球花科中的山梅花属分支经历了多样化速率显著上升。研究表明,是否使用化石信息会显著影响生物地理推断。祖先分布区重建结果显示,仅基于现有种,山茱萸目起源于亚洲和非洲;而基于现有种和化石信息,山茱萸目起源于欧洲、亚洲、北美洲和非洲这一广泛区域。现仅分布于非洲的水穗草科和南非茱萸科-假石南科分支分别起源于北半球向非洲扩散和北半球与非洲隔离分化两次独立的事件,而其余科均起源于北半球,随后一些分支向南扩散。基于可靠的系统发育树为研究该目的起源、生物地理和多样化格局等进化问题提供了基础,也对解理被子植物五大主干分支之一菊分支的早期演化与多样性历史提供了重要证据。 

  该研究结果以“Plastid phylogenomics and biogeographic analysis support a trans-Tethyan origin and rapid early radiation of Cornales in the Mid-Cretaceous”为题在线发表在本学科领域主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。 

  付超男博士为文章第一作者,高连明研究员、李德铢研究员和向秋云教授为共同通讯作者。上述研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项(XDB31000000),中国科学院大科学装置开放研究项目(2017-LSFGBOWS-01)和云南省科技领军人才项目(2017HA014)的资助。 

  文章链接 

 

1 山茱萸目科间系统发育关系与分化时间(A),以及该目的起源与生物地理推断(B) 

(责任编辑:李雪)

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原本山川 极名草木