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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。
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墨西哥和中美洲分布的石楠属(蔷薇科)为一新属金绒梨属(Phippsiomeles)
bin0536 2020-3-13 09:17
石楠属( Photinia )及其四个形态相似属之间的系统关系一直备受争议,它们是东亚和东南亚分布的落叶石楠属( Pourthiaea )和红果树属( Stranvaesia )、北美东部分布的涩石楠属( Aronia )以及北美西部分布的柳石楠属( Heteromeles )。前人的研究虽然澄清了部分问题,比如落叶石楠属明显区别于石楠属,应该独立成属,但是其他属的界定仍不清晰。本文的目的在于构建高支持率的系统发育树来检测当前承认的属的单系性,特别是石楠属和红果树属,以及验证椤木石楠( Photinia bodinieri )的杂交假说。我们对苹果族中30个属81个种进行浅层基因组测序,组装出全叶绿体基因组和核糖体DNA序列。最大似然法和贝叶斯法构建的系统发育树均强力支持以前划分的石楠属和红果树属不是单系。石楠属复合体的5个属形成6个高支持率的分枝,它们是石楠属、红果树属、落叶石楠属、涩石楠属、柳石楠属以及一个新属(金绒梨属 Phippsiomeles :原为墨西哥和中美洲分布的石楠属物种)。叶绿体基因组和核基因结果的剧烈冲突使我们推测金绒梨属和绒毛红果树( Stranvaesia tomentosa )在起源过程中可能经历了杂交事件。椤木石楠的系统位置在核质结果中并没有冲突,因此,我们的结果并不支持椤木石楠杂交起源的假说。刘彬彬和文军教授在这篇文章中正式描述了墨西哥和中美洲的分布的石楠属为一新属,金绒梨属。这也是中国人第一次描述国外的蔷薇科新属。 Phippsiomeles 是为了纪念加拿大著名的蔷薇科专家James B. Phipps,他作为主编完成了北美植物志蔷薇科的编写以及在蔷薇科的系统与分类研究中做出了巨大贡献。其中文名金绒梨属由中国科学院植物研究所植物研究所的刘冰博士代拟,由于叶片、幼枝及花序密被金黄色绒毛,果实内充满石细胞似梨,故名金绒梨。 该成果刘彬彬第一作者文军通讯作者发表在Journal of Systematics and Evolution。 Liu B-B, Hong D-Y, Zhou SL, Xu C, Dong WP, Johnson G, Wen J. 2019. Phylogenomic analyses of the Photinia complex support the recognition of a new genus Phippsiomeles and the resurrection of a redefined Stranvaesia in Maleae (Rosaceae). Journal of Systematics and Evolution 57:678-694.
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