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昆明植物所在杜鵑花屬植物自然雜交區遺傳結構研究方面取得新進展

  自然雜交(natural hybridization)是指自然條件下遺傳上存在明顯區別的兩個物種之間成功交配的現象。自然雜交在植物界中普遍存在,據統計,被子植物中約有25%的物種發生過雜交或基因漸滲。雜交物種形成與適應性進化機制是進化生物學研究的核心科學問題之一。研究自然雜交區內種群遺傳結構與生殖隔離機制有助于深入理解雜交物種形成過程及其適應性進化機制。

  杜鵑花屬是中國木本植物最大的屬,全球約有1000多種,中國有590余種。杜鵑花屬植物在橫斷山地區經歷過快速的適應輻射演化,雜交和多倍化可能是該屬物種多樣化的重要方式。近期,中國科學院昆明植物研究所高連明團隊云南南華縣發現了一個疑似杜鵑花雜種,與同域分布的同為自然雜種粉紅爆杖花存在明顯的形態差異。研究團隊綜合運用形態和簡化基因組數據對雜交區的親本及雜交后代進行分析,以期揭示雜交區的遺傳結構及雜種來源。研究結果表明,該雜交區是由爆杖花、碎米花、糙葉杜鵑以及粉紅爆杖花和新的雜種組成的一個復雜的雜交區。從形態和遺傳分析證實新的雜種由爆杖花與糙葉杜鵑雜交產生,雜交后代主要由F2代構成。爆杖花是粉紅爆杖花與新發現雜種共同親本之一,但兩個雜種種群個體組成差異明顯,粉紅爆杖花種群由F1F2和回交后代組成,而新雜種主要由F2代個體組成,只有少量F1代個體,沒有發現回交后代。該研究首次揭示了爆杖花與糙葉杜鵑之間存在自然雜交現象,為進一步探究雜交物種形成與適應性漸滲研究供了一個經典素材。 

  該研究成果以“Natural hybridization among three Rhododendron species (Ericaceae) revealed by morphological and genomic evidence”為題,發表在植物學主流期刊BMC Plant Biology上,博士研究生鄭偉和云南師范大學的嚴麗君博士為論文第一作者,美國哥倫布大學Kevin Burgess教授為論文的合作作者高連明研究員和云南省農科院花卉所的王繼華研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(31670213, 31700179),中國科學院B類先導專項(XDB31000000)和中國科學院大科學裝置(2017-LSFGBOWS-02)等項目的資助。 

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圖1 三個親本物種與兩類自然雜交種的形態(a) Rhododendron spiciferum(碎米花); (b) R. spinuliferum(爆杖花); (c) R. scabrifolium(糙葉杜鵑); (d) R. ×duclouxii(粉紅爆杖花); (e) the putative novel hybrid taxon(新的雜種)。 

 

圖2 三個親本及兩類雜交種的遺傳結構

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