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武汉植物园深入探索风毛菊属植物辐射进化的宏观演化机制

2021-11-08 | 来源:系统与进化学科组 张旭| 【  

  辐射进化(Evolutionary radiation)是一种物种快速多样化的宏观演化模式。自达尔文时代以来,辐射进化吸引了生物学家的广泛注意,但对其发生机制的认识仍然有限,尤其对外部环境变化和物种内在因素如何共同驱动辐射进化缺乏深入研究。风毛菊属隶属菊科,拥有超过400个物种,广泛分布于北半球地区,以青藏高原为多样性中心。风毛菊属物种形态特征及其丰富,包括具有苞叶“温室结构”的雪莲类和具有长棉毛的雪兔子类。该属物种生长环境复杂多样,从极寒的高山流石滩、高山草甸到盐碱地、草原和森林都有分布,最高可达到海拔6000米以上,具有很强的适应能力。总之,该属物种是研究植物辐射进化机制的良好系统。

  中国科学院武汉植物园系统与进化研究团队获得超过200个风毛菊属物种的叶绿体基因组序列,建立了该属稳健的系统发育关系。基于此,整合古气候、物种形态性状和物种分布数据,对物种多样化速率动态进行深入分析。结果表明,风毛菊属的三个分支在中新世几乎同时开始多样化,其多样化速率的增加与古温度负相关,而与物种多样性的积累无关。性状依赖模型检测到一些与分化速率加速相关的适应性形态创新,如雪莲类物种特化的苞叶结构。整合物种分布数据发现,分化速率与物种生态位宽度和物种范围的大小呈正相关。综上,该研究揭示青藏高原的隆升以及中新世之后气候变冷,提供了大量高寒生态位,风毛菊物种适应性创新性状的出现使其能够占据丰富的生态位,推动快速的物种分化。 

  该研究提供了一个辐射进化类群的宏观演化模式,其中物种多样化速率的加速是古地质气候波动、关键性状演化和生态机会共同驱动的结果。研究强调了整合系统基因组学、形态学、生态学和基于模型的方法来阐明生物多样性热点地区辐射进化机制的重要性。 

  相关研究成果以Macroevolutionary pattern of Saussurea (Asteraceae) provides insights into the drivers of radiating diversification”为题发表在生物学权威SCI期刊Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences武汉植物园系统与进化学科组博士研究生张旭为论文第一作者,本文武汉植物园王恒昌研究员,昆明植物所孙航研究员和邓涛研究员共同指导完成。研究工作得到第二次青藏科考项目、中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金重点项目支持。 

  论文链接:https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2021.1575 

  ResearchGate链接:https://www.researchgate.net/publication/355888810 

图 风毛菊属物种分化速率分析

 
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