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昆明植物所利用多證據(jù)揭示殼斗科櫟屬及其近緣屬之間分化早期存在廣泛古雜交

文章來源:種質(zhì)庫  |  發(fā)布時間:2024-09-26  |  作者:劉水銀、伊廷雙  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

近期,越來越多的分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究發(fā)現(xiàn),生命之樹不同分類階元廣泛存在古雜交事件。但是,除了簡單報道這些可能的古雜交外,人們對這些古雜交事件發(fā)生的可能系統(tǒng)發(fā)育范圍、時間線以及地理和生態(tài)背景研究較少。櫟屬?(Quercus)?是北半球森林生態(tài)系統(tǒng)中物種最豐富且在生態(tài)上占優(yōu)勢地位的木本植物類群之一,種間極易發(fā)生自然雜交,并形成雜配系統(tǒng)?(syngameons),使等位基因在近緣物種之間易于交換。雖然櫟屬屬下系統(tǒng)發(fā)育發(fā)育框架已有很好的解析,櫟屬組下物種間及不同組間的雜交事件已有很多報道,但是在整個殼斗科?(Fagaceae)?系統(tǒng)發(fā)育框架背景下,櫟屬及近緣屬(即櫟亞科(Quercoideae) HS分支?(Hypogeous seed clade)?下其他屬:假石櫟屬?(Notholithocarpus)、金鱗果屬(Chrysolepis)、柯屬?(Lithocarpus)、錐屬?(Castanopsis)?和栗屬?(Castanea))?深度系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系中的核基因樹沖突及核質(zhì)沖突的原因,以及在早期進化過程中這些類群之間發(fā)生古雜交的系統(tǒng)發(fā)育位置、古地質(zhì)時間窗口、地理和生態(tài)背景尚不清楚。

近日,JIPB在線發(fā)表了中國科學(xué)院昆明植物研究所伊廷雙團隊題為An integrative framework reveals widespread gene flow during the early radiation of oaks and relatives in Quercoideae (Fagaceae)的研究論文,利用多方證據(jù)揭示了櫟屬與其櫟亞科近緣屬在分化早期存在廣泛基因流。

該研究利用423個殼斗科樣品的核基因組和葉綠體基因組的新數(shù)據(jù)集,構(gòu)建了一套整合多學(xué)科理論和方法的新分析流程,用以剖析沖突來源,檢測櫟屬早期進化中的網(wǎng)狀進化,同時結(jié)合殼斗科豐富的化石記錄進行分化時間估算及祖先分布區(qū)和生態(tài)位重建。研究表明,核物種樹支持殼斗科8個屬和櫟屬2個亞屬及8個組的單系性,構(gòu)建了一個殼斗科及櫟屬解析很好的系統(tǒng)發(fā)育框架,并在青岡組和冬青組下揭示了一些高度解析的新亞分支關(guān)系。然而,在櫟亞科和櫟屬的深度節(jié)點上發(fā)現(xiàn)了強烈的核基因樹沖突及核質(zhì)不一致性,其中在葉綠體系統(tǒng)發(fā)育樹中櫟屬不是單系?(1A)。多種分析表明,深度核質(zhì)不一致性主要是頻繁的歷史基因流造成的?(1A);而櫟屬和殼斗科中的核基因樹沖突主要由不完全譜系分選和基因流共同造成的?(2)。

1.?櫟屬與近緣屬核和葉綠體系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系不一致性及分化時間對比

2. ILS、基因流和基因樹估計錯誤對核基因樹沖突的相對貢獻

進一步研究發(fā)現(xiàn),在早期進化過程中,櫟屬和櫟亞科的主要分支之間存在廣泛的基因流,推測這些古雜交事件可追溯到始新世早-中期?(圖1B),此時全球溫暖且北半球植物可通過白令陸橋和北大西洋陸橋進行擴散。錐屬+栗屬分支、柯屬和櫟屬舊世界分支?(Quercus?subg.?Cerris)?各自的祖先可能共同分布于北美和歐亞地區(qū)的溫暖、濕潤至半濕潤生境,而金鱗果屬、假石櫟屬和櫟屬新世界分支?(Quercus?subg.?Quercus)?各自的祖先可能共同分布于北美的溫暖、濕潤至半濕潤生境?(圖3),為這些同域分布且當(dāng)時近期分化的分支之間的雜交提供了充足的機會。雜交在櫟屬及其近緣屬的進化歷史中,可能以古雜配系統(tǒng)的形式?(類似于現(xiàn)今的雜配系統(tǒng))?呈現(xiàn),并且是一個常見且重要的生物過程。以上研究為了解櫟屬的進化歷史提供了新的見解,并為進一步對這一受高度關(guān)注的屬進行多樣化等方面的研究奠定了基礎(chǔ)。同時鑒于歷史基因流檢測的復(fù)雜性和一直以來面臨的各項挑戰(zhàn),研究結(jié)果強調(diào)整合多學(xué)科分析方法及多方證據(jù)從而可信地重建歷史網(wǎng)狀事件發(fā)生情景的重要性。該研究也為其他具有復(fù)雜進化歷史的生物類群的分子系統(tǒng)學(xué)和古雜交研究提供了一個可借鑒的研究思路和分析流程。

3.?可能參與古雜交的櫟屬主要分支和櫟亞科近緣屬的祖先類群具有重疊地理分布區(qū)

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