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基因組淺層測序技術在困難類群物種鑒定的應用研究取得重要進展

  物種的快速、準確鑒定是生物多樣性研究的一大挑戰。近十多年來,DNA條形碼技術的引入,在很大程度上緩解了這一問題。基于2-3個質體片段和核糖體ITS序列的植物標準條形碼(一代條形碼)在植物物種鑒定和隱存種的發現中發揮了重要作用,極大地推動了生物多樣性與進化的研究。然而,一代條形碼在不同類群中分辨率差異較大,在很多木本植物類群中鑒定率不高。基因組淺層測序技術可以獲得全質體基因組和核基因組的核糖體DNAnrDNA)序列,被認為是提升物種鑒定率的有效手段,但仍鮮有研究探討該技術在實際應用中能多大程度以及如何提高物種鑒定率。 

  杜鵑花屬(Rhododendron)是中國種子植物最大屬,約有590種,占全球該屬植物約60%的物種多樣性。喜馬拉雅-橫斷山區是杜鵑屬植物的起源和分化中心之一,分布有320多種,其中約66%為該區域特有種。快速輻射演化、種間雜交、多倍化等導致其物種的準確鑒定非常困難,杜鵑花屬被認為是最困難的植物類群之一。近期,中國科學院昆明植物研究所高連明團隊和李德銖團隊與英國愛丁堡皇家植物園Peter Hollingsworth合作,對主要分布于喜馬拉雅-橫斷山區的杜鵑花屬植物進行了廣泛取樣,獲得了145個物種218個個體的淺層基因組數據,用來探究基因組淺層測序技術在杜鵑花屬物種鑒定中的應用。 

  研究結果表明,在杜鵑花屬中,基于ITS + matK rbcL trnH-psbA組合的一代條形碼序列的最高物種鑒定率僅為33%;而基于基因組淺層測序獲得的質體基因組和nrDNA序列能夠成功鑒定55%的物種,物種鑒定率提升了22%。物種鑒定率顯著提升的主要原因是質體基因組序列能夠提供更多的信息。雖然以前有研究認為3-4個質體基因組片段就能達到鑒定成功的漸近線,但研究發現更多的基因組數據仍然可以顯著的提升杜鵑花屬這樣困難類群的物種鑒定率。隨著基因組淺層測序技術的成熟和價格降低,該技術與一代條形碼相比,能夠更好的應用于像杜鵑花屬這樣分類困難的類群。而且,由于質體基因組和nrDNA數據可以很好的兼容之前的一代條形碼數據,該方法可以作為標準條形碼的擴展和升級,并豐富標準條形碼的參考數據庫。此外,即使基于基因組淺層測序數據,杜鵑花屬仍有很多物種不能成功鑒定,造成杜鵑花屬物種鑒定率較低的主要因為該類群發生過輻射演化,大量物種在的地史時期形成,加上物種間的自然雜交和漸滲頻繁發生等。據此,研究再次強化了核基因組數據在物種鑒定中的重要性。 

  該研究成果以“Testing genome skimming for species discrimination in the large and taxonomically difficult genus Rhododendron”為題在線發表于國際主流期刊Molecular Ecology Resources上。付超男博士和已畢業研究生莫智瓊為論文第一作者,高連明研究員、李德銖研究員和愛丁堡植物園Peter Hollingsworth教授為論文通訊作者。該研究獲得到了中國科學院大科學裝置開放項目(2017-LSFGBOWS-02)、國家自然科學基金(3167021391631101)、云南省科技人才培養計劃(2017HA014)、中國科學院戰略先導專項(XDB31000000)和中國科學院特別研究助理資助項目(E0295111Q1)的資助。 

  文章鏈接 

 

基于質體基因組數據建立的杜鵑屬物種最大似然樹。背景顏色代表杜鵑屬的8個組,分支顏色代表支持率范圍。

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