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研究揭示植物異源多倍化促進(jìn)物種快速分化
作者：朱漢斌 來源：中國科學(xué)報(bào)
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近日，中國科學(xué)院華南植物園研究員康明團(tuán)隊(duì)在中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金青年基金的支持下，研究揭示了核心長蒴苣苔亞族異源多倍體起源及快速分化機(jī)制。相關(guān)研究在線發(fā)表于《系統(tǒng)生物學(xué)》。楊麗華為該論文第一作者，康明為通訊作者。
全基因組復(fù)制（或古多倍化）在被子植物進(jìn)化歷史中普遍存在，但是古多倍化事件在“生命之樹”上的具體分布及其對植物多樣性的影響仍不清楚。近年來，多倍化對物種形成的影響受到了廣泛的關(guān)注，但以往的研究中很少有區(qū)分不同多倍體形式（即同源多倍體和異源多倍體）對物種形成的影響，尤其是異源多倍體是否可以促進(jìn)物種分化還缺乏科學(xué)的理論依據(jù)及證據(jù)支持。
苦苣苔科為唇形目的一個(gè)中等大科，包括150屬3700余種，廣泛分布于全球熱帶和亞熱帶地區(qū)。最近的分類系統(tǒng)將苦苣苔科分為3個(gè)亞科，7個(gè)族及24個(gè)亞族，其中長蒴苣苔亞族是該科中最大的亞族，占整個(gè)科約57%的物種多樣性�？嘬奶�科植物大多��(shù)物種為狹域分布，專性生長在石灰?guī)r、丹霞山等不同的巖石基質(zhì)上，也有一些物種附生在樹上。
苦苣苔科植物還具有極其豐富的形態(tài)多樣性，尤其是其花形態(tài)高度特化，且十分艷麗，許多種類已成為新優(yōu)花卉，如常見的紫羅蘭、大巖桐等。因?yàn)槠涮厥獾纳鷳B(tài)適應(yīng)性和極其豐富的形態(tài)多樣性和物種多樣性，苦苣苔科是研究物種快速分化機(jī)制（包括多倍化及雜交）的理想類群。基于已知的細(xì)胞學(xué)數(shù)據(jù)，可以推測苦苣苔科可能經(jīng)歷復(fù)雜的基因組進(jìn)化歷史，其染色體數(shù)目變異范圍極大，從2n=8至2n=144。但目前，對苦苣苔科基因組復(fù)制的進(jìn)化歷史研究仍十分缺乏。
康明團(tuán)隊(duì)利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)重建了苦苣苔科137個(gè)物種（包括了5個(gè)族19個(gè)亞族）的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在大量的葉綠體-核基因系統(tǒng)發(fā)育沖突和基因樹-物種樹沖突，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)不完全譜系分選和雜交是造成系統(tǒng)發(fā)育沖突的主要原因。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合全基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，并利用綜合的分析方法，揭示核心長蒴苣苔亞族（包括長蒴苣苔亞族中除漢克苣苔屬Henckelina、鉤序苣苔屬M(fèi)icrochirita及齒藥苣苔屬Codonoboea以外的所有屬）經(jīng)歷了一次特有的全基因組復(fù)制事件，并進(jìn)一步證實(shí)該基因組復(fù)制事件是異源多倍化的結(jié)果，這一結(jié)果表明核心長蒴苣苔亞族是異源多倍體起源。結(jié)合分化時(shí)間及物種形成速率分析，發(fā)現(xiàn)核心長蒴苣苔亞族在經(jīng)歷異源多倍化事件后其物種分化速率增加，說明異源多倍化可能促進(jìn)了該類群的快速物種分化。
該研究為植物古多倍化事件如何促進(jìn)物種快速形成提供了經(jīng)典案例。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/sysbio/syad029
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