《华南植物园对野生二倍体草莓系统发育和杂交渐渗研究获进展》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 姜丽华
  • 发布时间:2023-03-08
  • 杂交与渐渗在野生植物中广泛存在,并对物种形成与适应性进化产生重要影响,一直以来都是进化生物学和生物多样性研究的热点。然而,物种之间的频繁杂交与渐渗使得重建物种系统发育关系非常困难。遗传重组是产生变异的主要驱动力量之一,在生物进化过程中起着极其重要的作用。然而,重组率变异如何影响系统发育关系和杂交渐渗尚不清楚。野生二倍体草莓是重要的作物野生近缘种,广泛分布于世界温带地区,中国是其多样性分布中心与起源中心之一,蕴藏非常丰富的遗传变异,具有重要的发掘利用价值。

    华南植物园康明研究团队利用全基因组重测序数据重建了10个野生二倍体草莓(占所有野生二倍体草莓的83%)的系统发育关系,探讨了重组率变化对系统发育关系和基因组渐渗的影响,发现低重组率的基因组区域具有更低的杂交渐渗与不完全谱系分选,以及更一致的系统发育信号,可以反映更真实的系统发育关系(图1,图2)。野生二倍体草莓存在复杂且广泛的杂交渐渗,物种间平均渐渗率约占整个基因组的4.1%。渐渗更倾向于保留在高重组、低基因密度的基因组区域(图2)。祖先态模拟揭示了自交不亲和性状丢失后而重新获得。同时发现自交不亲和性状的重新获得可能与受到正选择的控制花粉识别的SLF基因的历史渐渗有关(图3)。该研究为野生二倍体草莓的进化历史和杂交渐渗的基因组特征提供了新视角,为杂交渐渗在植物交配系统转变中的作用提供了新证据。

    上述研究成果已在线发表于进化生物学顶级刊物Molecular Biology and Evolution(《分子生物学与进化》)。中国科学院华南植物园冯超副研究员和江苏省农科院果树所王静研究员为论文共同第一作者,华南植物园康明研究员为论文通讯作者,美国俄勒冈州立大学Aaron Liston教授参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院青促会项目和华南植物园青年人才专项等项目的资助。文章链接:https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msad049/7067769

  • 原文来源:http://scib.cas.cn/kycg/kyjz_1/202303/t20230306_6689226.html
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    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-03-08
    •   杂交与渐渗在野生植物中广泛存在,并对物种形成与适应性进化产生重要影响,一直以来都是进化生物学和生物多样性研究的热点。然而,物种之间的频繁杂交与渐渗使得重建物种系统发育关系非常困难。遗传重组是产生变异的主要驱动力量之一,在生物进化过程中起着重要作用。然而,重组率变异如何影响系统发育关系和杂交渐渗尚不清楚。野生二倍体草莓是重要的作物野生近缘种,广泛分布于世界温带地区,中国是其多样性分布中心与起源中心之一,蕴藏丰富的遗传变异,具有重要的发掘利用价值。   中国科学院华南植物园研究员康明团队利用全基因组重测序数据重建了10个野生二倍体草莓(占所有野生二倍体草莓的83%)的系统发育关系,探讨了重组率变化对系统发育关系和基因组渐渗的影响,发现低重组率的基因组区域具有更低的杂交渐渗与不完全谱系分选,以及更一致的系统发育信号,可以反映更真实的系统发育关系(图1和图2)。野生二倍体草莓存在复杂且广泛的杂交渐渗,物种间平均渐渗率约占整个基因组的4.1%,渐渗更倾向于保留在高重组、低基因密度的基因组区域(图2)。研究通过祖先态模拟揭示了自交不亲和性状丢失后重新获得,同时发现自交不亲和性状重新获得可能与受到正选择的控制花粉识别的SLF基因的历史渐渗有关(图3)。该工作为野生二倍体草莓的进化历史和杂交渐渗的基因组特征研究提供了新视角,为杂交渐渗在植物交配系统转变中的作用提供了新证据。   相关研究成果已在线发表于《分子生物学与进化》(Molecular Biology and Evolution)。
  • 《昆明植物所等在杜鹃花属系统发育与多样化历史研究中获进展》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-10-31
    •   杜鹃花属(Rhododendron)是北半球最大的木本植物属,也是我国种子植物最大的属,在全球有1000余种,其中中国约590种。快速辐射演化和频繁的自然杂交事件使得杜鹃花属分类和系统发育研究存在挑战性。横断山和喜马拉雅地区是全球杜鹃花属植物分布和分化中心之一,拥有该属物种320余种,其中约三分之二为区域特有种。因此,杜鹃花属在横断山和喜马拉雅地区的多样化历史备受关注。   近日,中国科学院昆明植物研究所高连明团队/李德铢团队与英国爱丁堡大学博士Richard Milne、爱丁堡皇家植物园教授Peter Hollingsworth合作,对杜鹃花属物种进行广泛取样,获得了杜鹃花属全部8亚属12组共161个物种的浅层基因组数据,包含该属在横断山和喜马拉雅地区约45%的物种。该研究基于叶绿体基因组数据,通过系统发育重建、分化时间估算和物种多样化速率等分析探究了杜鹃花属的系统发育关系和多样化历史。   研究表明,叶绿体基因组能够较好地解决杜鹃花属的亚属间和多数物种间的系统发育关系。与前期基于叶绿体基因组和核基因组数据推断的系统发育比较,研究发现杜鹃花属包括13个稳定的单系分支;核和质体系统发育之间的强烈冲突则表明,深度分支可能发生过杂交/基因渐渗等网状进化事件。叶状苞杜鹃亚属(R. subg. Therorhodion)在始新世(约56 Mya)分化出来,经过始新世和渐新世(约32 Mya)的地史变迁,在中新世早期(23.8 ~ 17.6 Mya)一个相对较短的时期(约6 Mya之内)快速多样化形成了核心杜鹃属(共12个分支)的10个支系。以横断山和喜马拉雅地区为分化中心的两个亚属(代表了区域内90%以上的物种)多样化历史各不相同。杜鹃花亚属(R. subg. Rhododendron)在中新世早期(20.1 Mya)起源,多样化速率在随后(约16.6 Mya)显著增加,此后(约13.7 Mya)再分化出适应高海拔(Clade RH)和适应低海拔(Clade RL)的两个分支,这与横断山-喜马拉雅山脉中新世中期(约17 ~ 14 Mya)持续的地质构造事件并隆升至接近现今海拔高度相吻合。持续活跃的造山运动、气候变冷和亚洲夏季风加剧等因素导致的复杂地形、异质生境和扩散障碍等,促进了这两个分支发生平行的辐射物种形成。另一个以横断山和喜马拉雅地区为分化中心的亚属常绿杜鹃亚属(R. subg. Hymenanthes)则起源于中新世早期稍后(19.5 Mya),其冠群在中新世晚期(约10 Mya)开始分化,且多样化速率开始时较缓慢,而在早上新世(约5 Mya)扩散到横断山-喜马拉雅地区后发生快速辐射分化成种,其净多样化速率是杜鹃花亚属的近5倍。这可能是亚属常绿杜鹃亚属在横断山和喜马拉雅地区的扩散所致,同时,上新世的全球气候变冷和季风加强可能直接影响它的分化速率。常绿杜鹃亚属虽有一些分支仅包含适应高海拔的物种,但多数分支同时具有适应低海拔和高海拔的物种;与杜鹃花亚属相比,其海拔偏好可塑性更强,表明该亚属多样化过程中具有较强的生态可塑性。该研究对理解横断山-喜马拉雅地区的物种多样化形成历史与适应性进化提供了重要的研究案例。   相关研究成果以Resolution, conflict and rate shifts: insights from a densely sampled plastome phylogeny for Rhododendron (Ericaceae)为题,发表在Annals of Botany上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金、云南省基础研究计划重大项目及云南省博士后定向培养资助项目的支持。