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武汉植物园在榧树属叶绿体系统基因组学与生物地理学取得研究进展

2019-03-14 | 来源:系统与进化学科组 孟爱平| 【  

  榧树属为裸子植物红豆杉科植物,全球现今仅存6种,分布于北美和东亚的中国、日本和朝鲜半岛。榧树属是很好的用材,在我国南方榧树也作为油料作物广泛栽培。但由于森林破坏和开发过度,大都处于珍稀濒危状态。系统上,尽管形态和分子的证据都支持榧树属的单系性,但属下的系统关系仍存在争议。 

  东亚北美间断的研究在极多的被子植物中开展。裸子植物由于起源较早,因此可能为探讨东亚北美植物区系的地理联系提供更好的案例。尽管以前也开展了榧树属的研究,但缺点是取样不全,且用以分析比较的都是基因片段。因此榧树属下的系统关系相对模糊。此次学科组在榧树属资源调查的基础上,全面取样,并采用叶绿体基因组证据,开展了该属系统基因组学和生物地理学研究。 

  结果显示,所有榧树的叶绿体基因组编码117个基因,包括82个蛋白编码基因,31tRNA基因,4rRNA基因。和其他松柏类一样,榧树属叶绿体基因组缺失一个IR区,而其中,3tRNA编码基因,trnI-CAUtrnQ-UUG trnN-GUU复制为两个拷贝,推测是由于反向重复区的不完全丢失。整合所有已报告的红豆杉科叶绿体基因组,构建了该科的系统树。系统基因组分析很好的解决了榧树属内各物种亲缘关系,各支系得到了很高的支持率。在榧树属中,长叶榧 T. jackii 位于该属最基部,巴山榧T. fargesii 和日本榧T. nucifera姐妹关系得到支持,云南榧T. yunnanensis是他们两个的姐妹群。另外,红豆杉科内的各属之间关系得到了很好的解决,科内所有的属都是单系类群,榧树属和穗花杉属 (Amentotaxus) 的姐妹关系得到了100%支持。进一步推算了分化时间和生物地理事件,结果表明榧树属的分化主要发生在第三纪晚期,我们推测在中新世晚期 (~8.9-5.3 Ma) 的扩散抓住了白令路桥消失之前的“尾巴”,而之后的隔离形成了榧树属当今的洲际间断分布。结果还显示了在第四纪冰期循环期间 (~1Ma) 榧树属亚洲的种群发生过扩张。本研究不仅具有较大的学术意义,也为资源植物的认定和保护提供了理论基础。 

  研究论文“Plastome phylogenomic analysis of Torreya (Taxaceae)近期发表在系统进化领域知名期刊Journal of Sysematics and Evolution。(论文链接:http://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.12482)。硕博连读生张旭为论文第一作者,孙延霞副研究员协助指导。本研究为系统与进化学科组十三五规划之“川东-鄂西物种起源进化与维持机制研究”前期培育项目,得到基金委东亚植物区系的起源和性质重大项目资助。

1:榧树属叶绿体基因组物理图谱 

 

2:榧树属祖先分布区重建

 
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