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武漢植物園在東非特有苦苣苔科植物Streptocarpus ionanthus復合體種的演化動態取得取得新進展

    Streptocarpus ionanthus隸屬苦苣苔科海角苣苔屬,具有重要的觀賞價值,為坦桑尼亞和肯尼亞特有植物,分布于坦噶(Tanga)、莫洛哥羅(Morogoro)、基利菲(Kilifi)等地區。該種植物形態變化復雜,有學者將其分為9個亞種,但這一分類處理方式尚未得到充分的證據支持和廣泛的認可,并且這些亞種之間的系統關系也不明晰,尚未解決的分類界定和系統關系嚴重影響了對這一植物的保育工作,但同時,其復雜的形態變化也為物種演化動態研究提供了理想的材料。

    Streptocarpus ionanthus復合體中已界定的9個亞種,其中1個分布于肯尼亞沿海,而另外8個分布于坦桑尼亞。坦桑尼亞的烏薩姆巴拉山為該復合體的分布熱點區域,坦桑尼亞分布的8個亞種在此處均有分布。武漢植物園的研究人員,利用核微衛星和葉綠體微衛星序列對Str. ionanthus開展了群體遺傳學和譜系地理學研究。研究人員估算了葉綠體DNA單倍型的分化時間,并對Str. ionanthus歷史上的、現在的和未來的分布模式進行了建模。該研究共收集了7個亞種的21個居群,采樣覆蓋了Str. ionanthus的整個分布區范圍,與之關聯物種Str. nitidus和Str. brevipilosus在本研究中采集了兩個居群為代表。

    Str. ionanthus分布有三個主要的區域,即:坦噶(Tanga)、莫洛哥羅(Morogoro)和基利菲(Kilifi)。分布于莫洛哥羅(Morogoro)和基利菲(Kilifi)的種群間的隔離明顯,與分布在烏薩姆巴拉山的種群不同,烏薩姆巴拉山的種群遺傳結構較弱,表明該地區是Str. ionanthus多樣性的中心。

    該研究揭示了在烏薩姆巴拉山的Streptocarpus ionanthus種群同時期進化的相互作用模式,并得到了當前葉綠體單倍型多樣性、高突變率以及遺傳聚類混合結果的佐證。該植物的遺傳多樣性結構可以歸因于更新世反復的氣候變化。在冰期和間冰期旋回期間,形成了高海拔和低海拔的多個避難所。而且,由于在間冰期擴張期間的種群接觸,該類群可能正在經歷著雜交。質量不佳的譜系地理結構也對9個亞種的認識帶來了疑惑,暗示了Str. ionanthus復合體的進化史。該項研究運用多學科手段,基于多源證據,為日后Str. ionanthus的種下演化關系研究打下基礎。

   研究成果以“Multiple Pleistocene refugia and recent diversification for Streptocarpus ionanthus (Gesneriaceae) complex: Insights from multiple molecular sources” 為題,近期在國際學術期刊《Journal of Systematics and Evolution》上在線發表。這項研究得到了中國科學院武漢植物園國家骨干人才計劃 (Y655301M01),中國科學院中-非聯合研究中心(SAJC201614)的資助。該研究團隊的肯尼亞籍學生Cornelius M. Kyalo為論文第一作者,胡光萬研究員為通訊作者。

  文章鏈接http://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.12658

 

圖1. Str. Ionanthus的葉綠體DNA單倍型的采樣點和分布。不同顏色的形狀代表不同的單倍型。

 

圖2. A:Str. ionanthus的cpDNA單倍型系統發育,僅顯示bootstrap值僅大于50的值。B:同類群中19個單倍型的網絡圖。

 

圖3. Str. ionanthus的生態位模型(ENM)。A:末次間冰期氣候條件(末次間冰期~120000年前),B:末次冰盛期(末次冰盛期~21000年前)。C:現狀(1960–1990年)。D:2070年的預測。

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