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武漢植物園在水生植物澤瀉科系統發育基因組學研究中取得新進展

  澤瀉科(Alismataceae)為古老的單子葉水生植物類群,包含17個屬約100個物種。該科植物在世界廣泛分布,因其復雜的進化歷史、較高的觀賞價值和生態價值等長期以來一直受到植物進化生物學家及生態學家們的關注。然而,由于該科植物形態復雜多變以及先前研究所采用的分子標記和樣本采集的局限性,該科屬間及屬內系統發育關系及其進化歷史等未能得到很好解決。 

  中國科學院武漢植物園水生植物研究中心陳進明課題組聯合芬蘭和巴西等有關科研人員對澤瀉科植物進行了廣泛取樣,獲得了該科所有屬及大部分物種的材料。研究人員利用78個質體基因完成了澤瀉科完整屬級質體系統發育基因組學分析,并重新分析了該科的生物地理歷史,研究結果顯示澤瀉科內存在三大高支持率的分支;該研究針對前人研究中系統位置一直存在爭議的Helanthium,澤苔草屬(Caldesia),Albidella,毛茛澤瀉屬(Ranalisma),Burnatia等屬進行了全面深入的系統發育分析,明確了非洲單屬種Burnatia應與第三分支其他溫帶屬互為姐妹群,支持將原澤苔草屬的Caldesia oligococca等物種移至Albidella屬中。基于該研究所得到的可靠的系統發育框架,研究人員對澤瀉科的生物地理歷史進行了重新評估,發現該科可能起源于白堊紀的新熱帶、西古北區及舊熱帶地區,隨后由于地理隔離和擴散事件分為三大主要分支與之前研究結果不同,研究人員推測主要的溫帶分支很可能于始新世時期起源于西古北區及舊熱帶地區,其他兩大分支的共同祖先位于白堊紀晚期的新熱帶地區,認為長距離擴散和地理隔離很可能共同促進了該科植物現今跨洋分布模式。 

  相關研究成果以“Complete genus-level plastid phylogenomics of Alismataceae with revisited historical biogeography”為題發表在系統與進化生物學研究領域專業期刊《Molecular Phylogenetics and Evolution》上(論文鏈接一)。武漢植物園李治中助理研究員和芬蘭圖庫大學的Samuli Lehtonen教授為論文并列第一作者,武漢植物園陳進明研究員為論文通訊作者,中國科學院中-非聯合研究中心王青鋒研究員及巴西圣卡洛斯大學Karina Martins博士參與了此項研究。以上研究工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項(B類)及國家自然科學基金等的支持。 

  近期,武漢植物園陳進明課題組通過對世界范圍內水生植物進行廣泛取樣,采用組學技術對多個水生植物類群進行了系統發育基因組學研究,先后發表了多篇研究論文,例如對水鱉科(Hydrocharitaceae)海菜花屬(Ottelia Pers.)(Li et al., 2020, Molecular Phylogenetics and Evolution, 152106939;論文鏈接二)、雨久花科(Pontederiaceae)雨久花屬(Monochoria C. Presl)(Li et al., 2021Journal of Systematics and Evolution, 59: 1027-1039;論文鏈接三)等類群進行了系統發育基因組學研究,揭示了多個水生類群的生物地理歷史,為后續水生植物進化生物學研究提供了可靠的系統發育框架。 

  論文鏈接一:https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107334 

  論文鏈接二:https://doi.org/10.1016/j.ympev.2020.106939 

  論文鏈接三:https://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.12744 

圖 澤瀉科系統發育重建及分化時間

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