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整合系统学的证据表明枇杷属属于石斑木属: bin0536 2020-7-20 21:33; 整合系统学的证据表明枇杷属属于石斑木属二代测序技术（next-generation sequecing）的发展使科研人员可以利用基因组水平的数据探讨几百年来争议不休的一些分类学问题。浅层基因组测序技术（genome skimming）可借助二代测序技术获得较低测序深度数据，并利用生物信息学手段得到叶绿体基因组、部分线粒体基因组和核糖体DNA（nrDNA）的信息。其以急剧降低的成本投入和大量的数据产出，正受到越来越多分类和系统学者的青睐。而且通过比较分析被子植物中母系遗传的叶绿体基因组与双亲遗传的核基因的数据，可以揭示植物多样化过程中频繁发生的杂交事件。自林奈以来，蔷薇科苹果族（苹果亚科）的属间关系问题备受争议，由于各种原因，至今没有形成一套令人信服的属间关系划分方案。中国科学院植物研究所•系统与进化植物学国家重点实验室（ LSEB ）洪德元研究组的刘彬彬博士一直致力于苹果族的系统学研究。近期，刘彬彬与美国史密森研究院（Smithsonian Institution）的文军教授合作，利用浅层基因组测序技术获取了全叶绿体基因组和 nrDNA，对苹果族内东亚及东南亚地区特有的枇杷属 Eriobotrya 和石斑木属 Rhaphiolepis 的系统关系问题进行了探讨。图1. 枇杷属和石斑木属的分布范围研究人员首先对苹果族所有代表属做了全面取样（32个属76个种的83个样品），同时对枇杷属和石斑木属在形态和地理方面的代表种进行重点取样，再对16个样品做了浅层基因组测序。数据分析的结果表明，基于叶绿体基因组和核基因 nrDNA 构建的系统发育树均高度支持枇杷属的多系性，其中部分物种嵌入到石斑木属内。而且核质拓扑结构呈现出强烈的冲突，这可能是由于该类群在多样化过程中频繁发生的杂交事件。因此，系统发育基因组学的证据支持枇杷属和石斑木属的合并。图 2. 枇杷属和石斑木属的拓扑结构比较在形态上，枇杷属和石斑木属有两个共衍征：种子的横切面圆形或宽椭圆形和胚乳缺失。而且研究人员比较分析了前人在划分枇杷属和石斑木属时使用过的性状后发现，常用的两个区别性状（果期萼片脱落与否、叶片侧脉直出或弯曲）在两属中均有相同的表现，而且变异较大，不能够清楚地区分两属（图 3 ）。在地理上，枇杷属和石斑木属也呈现出明显的重叠分布。（图 1 ）。综上所述，基因组学、形态学和地理分布的证据都支持枇杷属应并入石斑木属。由此表明，通过全面取样、建立高支持率的系统发育框架，并采用整合系统学（ Integrative Systematics ）的思想，结合形态学和地理分布的证据，才能准确阐明类群间的系统发育关系。图 3. 花萼早落（ A ）以及网状脉和直行脉（ B-D ）该研究不仅解决了枇杷属和石斑木属的系统学问题，还证明了浅层基因组测序技术对于苹果族属间关系问题的解决具有一定的可操作性，这为进一步解决苹果族甚至蔷薇科内其它族的系统学问题提供了技术思路。上述研究成果已于 2020 年 2 月发表在国际学术期刊 Frontiers in Plant Science ，论文题目是 Eriobotrya belongs to Rhaphiolepis (Maleae, Rosaceae): evidence from chloroplast genome and nuclear ribosomal DNA data 。洪德元研究组的刘彬彬博士为论文第一作者，美国史密森研究院国家自然历史博物馆的文军教授为通讯作者。原文见附件。这项研究工作得到了国家自然科学基金委国际（地区）合作与交流项目“ ‘泛喜马拉雅植物志’的编研” 的资助。; 个人分类: 科研成果|0 个评论

来自叶绿体基因组和核糖体DNA的证据显示枇杷属属于石斑木属: bin0536 2020-3-12 00:36; 东亚和东南亚分布的枇杷属（ Eriobotrya ）和石斑木属（ Rhaphiolepis ）包含约46个物种。前人的研究结果虽然显示枇杷和石斑木构成强有力支持的单系，但是它们在属级水平的单系性从未被验证过，它们之间的系统关系也仍然不确定。本研究将在广泛取样的基础上，在苹果族的框架下构建枇杷属和石斑木属高支持率的系统发育树。我们采用了浅层基因组测序技术获得的整个叶绿体基因组和全核糖体DNA序列用于系统发育分析，其中包含了32个属76个种的83个样品。基于三套数据（全叶绿体基因组、叶绿体蛋白编码区以及全核糖体DNA）采用最大似然法和贝叶斯法构建的系统发育树均显示枇杷属为多系，石斑木属嵌入其中。我们的叶绿体拓扑结构强力支持枇杷属和石斑木属与北美分布的柳石楠属（ Heteromeles ）互为姐妹群，但是核糖体DNA的结果并没有解决枇杷属和石斑木属这一进化枝的系统位置。叶绿体基因组和核基因拓扑结构的矛盾可能是由杂交引起的，频繁发生的杂交事件可能在枇杷属和石斑木属的进化过程中起了重要的作用。来自分子、形态以及地理的证据均支持应该讲枇杷属合并入石斑木属。因此，本文中我们将枇杷属的36个现在承认的物种转移到了石斑木属。该结果发表在Frontiers in Plant Science: Liu, B.-B., Liu, G.-N., Hong, D.-Y., Wen, J. Eriobotrya belongs to Rhaphiolepis (Maleae, Rosaceae): evidence from chloroplast genome and nuclear ribosomal DNA data. Frontiers in plant science , 2020, 10, 1731.doi: 10.3389/fpls.2019.01731 (IF=4.106); 个人分类: 科研成果|2427 次阅读|0 个评论

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