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中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所
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科研進(jìn)展

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(jìn)展

文章來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  |  發(fā)布時(shí)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(jìn)而刻畫(huà)了物種復(fù)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(dǎo)致的二次接觸通常誘發(fā)種間雜交或葉綠體捕獲,進(jìn)而導(dǎo)致物種基因樹(shù)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(jī)制尚不清楚。

  中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所西南山地植物多樣性演化與保護(hù)專題團(tuán)隊(duì)與國(guó)際同行在多年合作的基礎(chǔ)上,通過(guò)多組學(xué)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(guò)程與機(jī)制。群體基因組分析結(jié)果表明,四個(gè)紅豆杉屬物種為獨(dú)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(shù)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(dǎo)致沖突的根源。進(jìn)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(dǎo)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(gè)過(guò)程反而會(huì)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(jiàn),高山紅豆杉和峨眉紅豆杉是兩個(gè)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(duì)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(cè),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(duì)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(guò)占據(jù)新生境和適應(yīng)性漸滲促進(jìn)了與親本種的隔離和分化,最終形成新的物種?;跇臃降娜郝浣M成和生態(tài)位分析證實(shí)四個(gè)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(guò)程與橫斷山造山運(yùn)動(dòng)以及晚中新世亞洲季風(fēng)加強(qiáng)密切相關(guān)。亞洲季風(fēng)的加強(qiáng)可能導(dǎo)致橫斷山地區(qū)局部區(qū)域降水增加,從而導(dǎo)致紅豆杉屬植物種群性比發(fā)生變化,促進(jìn)葉綠體捕獲和漸滲的發(fā)生。這種物種形成過(guò)程可能代表了在山地環(huán)境中較為常見(jiàn)但鮮為人知的物種形成式樣,為理解生物多樣性熱點(diǎn)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(guó)際主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。中國(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)XDB31000000),國(guó)家自然科學(xué)基金(41971071, 31370252, 41571059)等項(xiàng)目的資助。 

  文章鏈接

 

1 橫斷山區(qū)四種紅豆杉屬植物物種形成歷史和機(jī)制示意圖  

(責(zé)任編輯:李雪)

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