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武漢植物園在榧樹屬葉綠體系統基因組學與生物地理學取得研究進展

  榧樹屬為裸子植物紅豆杉科植物,全球現今僅存6種,分布于北美和東亞的中國、日本和朝鮮半島。榧樹屬是很好的用材,在我國南方榧樹也作為油料作物廣泛栽培。但由于森林破壞和開發過度,大都處于珍稀瀕危狀態。系統上,盡管形態和分子的證據都支持榧樹屬的單系性,但屬下的系統關系仍存在爭議。 

  東亞北美間斷的研究在極多的被子植物中開展。裸子植物由于起源較早,因此可能為探討東亞北美植物區系的地理聯系提供更好的案例。盡管以前也開展了榧樹屬的研究,但缺點是取樣不全,且用以分析比較的都是基因片段。因此榧樹屬下的系統關系相對模糊。此次學科組在榧樹屬資源調查的基礎上,全面取樣,并采用葉綠體基因組證據,開展了該屬系統基因組學和生物地理學研究。 

  結果顯示,所有榧樹的葉綠體基因組編碼117個基因,包括82個蛋白編碼基因,31tRNA基因,4rRNA基因。和其他松柏類一樣,榧樹屬葉綠體基因組缺失一個IR區,而其中,3tRNA編碼基因,trnI-CAU、 trnQ-UUG trnN-GUU復制為兩個拷貝,推測是由于反向重復區的不完全丟失。整合所有已報告的紅豆杉科葉綠體基因組,構建了該科的系統樹。系統基因組分析很好的解決了榧樹屬內各物種親緣關系,各支系得到了很高的支持率。在榧樹屬中,長葉榧 T. jackii 位于該屬最基部,巴山榧T. fargesii 和日本榧T. nucifera姐妹關系得到支持,云南榧T. yunnanensis是他們兩個的姐妹群。另外,紅豆杉科內的各屬之間關系得到了很好的解決,科內所有的屬都是單系類群,榧樹屬和穗花杉屬 (Amentotaxus的姐妹關系得到了100%支持。進一步推算了分化時間和生物地理事件,結果表明榧樹屬的分化主要發生在第三紀晚期,我們推測在中新世晚期 (~8.9-5.3 Ma) 的擴散抓住了白令路橋消失之前的“尾巴”,而之后的隔離形成了榧樹屬當今的洲際間斷分布。結果還顯示了在第四紀冰期循環期間 (~1Ma) 榧樹屬亞洲的種群發生過擴張。本研究不僅具有較大的學術意義,也為資源植物的認定和保護提供了理論基礎。 

  研究論文“Plastome phylogenomic analysis of Torreya (Taxaceae)近期發表在系統進化領域知名期刊Journal of Sysematics and Evolution。(論文鏈接:http://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.12482)。碩博連讀生張旭為論文第一作者,孫延霞副研究員協助指導。本研究為系統與進化學科組十三五規劃之“川東-鄂西物種起源進化與維持機制研究”前期培育項目,得到基金委東亞植物區系的起源和性質重大項目資助。

1:榧樹屬葉綠體基因組物理圖譜 

 

2:榧樹屬祖先分布區重建

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