《昆明植物所植物区系进化历史研究获新进展》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-04-08
  • 在栖息地丧失速度加快和全球气候变化情况下如何最大限度地保护生物多样性对于生物资源开发、环境保护等方面起着至关重要的作用。系统发育多样性由于其一定的优势(如与传统分类学相比能够识别进化历史对当代物种组合模式的某些影响等),成为生物多样性保护中的一个重要方面。近年来,植物系统学的发展及区域性生命之树的构建,为从进化历史的角度开展植物区系研究提供了良好的契机。
    2019年8月27日,中国科学院昆明植物所在Journal of Systematics and Evolution发文,以中国植物多样性最为丰富的地区云南为例,结合该地区野生被子植物的地理分布及其系统发育关系,探讨了分类群丰富度、系统发育多样性及系统发育多样性残差的空间分布格局,并在此基础上,融合历史生物地理学信息,揭示了云南被子植物区系的形成原因。结果表明:在属种水平上,云南被子植物区系的系统发育多样性与分类群丰富度相关性较高,其中,滇西北与滇南地区的植物区系具有较高的分类群丰富度与系统发育多样性;相对于分类群丰富度来说,滇西北植物区系的系统发育多样性比期望值低,且具有丰富的温带植物谱系,表明该区域植物区系的形成以就地演化(in situ diversification)为主;滇南植物区系的系统发育多样性比期望值高,并具有丰富的热带植物谱系,表明该地区植物区系的形成以迁移扩散为主。研究进一步提出为有效保护生物的多样性,不同进化过程的植物区系应采取不同的保护策略的观点。

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  • 《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。
  • 《抗植物病毒先导化合物研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-10-29
    •     植物在长期进化过程中,形成了针对害虫和病原微生物的防御体系,探索其化学本质,就有可能发现和研制出靶点更加精准、高效、无毒副作用的先导化合物和新型绿色农药。中国科学院昆明植物研究所郝小江研究员带领的研究团队,20余年来,一直从事具有化学防御功能的植物天然产物的发现及其作用机制研究。     孕甾烷C21甾体是该专题组首次发现的抗烟草花叶病毒(TMV)先导化合物(PNAS,2007,104 (19),8083–8088)。然而,孕甾烷C21甾体的结构修饰以及修饰后化合物的结构-活性关系(SAR)及作用机制尚未得到评估。为此,该研究设计并合成了一系列glaucogenin A和C衍生物。活性测定显示,大多数新设计的衍生物其抗病毒活性以钝化为主,其钝化活性显著优于一线农药宁南霉素。SAR分析进一步揭示了3位的取代以及C-5/C-6和C-13/C-18的双键对于维持高抗TMV活性至关重要。此外,这些衍生物不仅降低了TMV外壳蛋白?(TMV-CP)?基因转录和TMV-CP蛋白表达水平,还下调了热休克蛋白NtHsp70-1和NtHsp70-061的表达。随后的分子对接实验表明,衍生物还可与TMV外壳蛋白相互作用,干扰病毒组装。该项研究阐明了孕甾烷C21甾体抗烟草花叶病毒功能是以钝化为主,并可通过多种途径发挥其抗TMV功能。其结果为靶标寻找,以及设计、合成新的候选农药奠定了基础。     目前,研究成果以Design,?Synthesis,?Anti-TMV?Activity,?and?Structure?Activity Relationships?of?Seco-pregnane?C21?Steroids?and?Their?Derivatives为题以封面文章形式发表在Journal of Agriculture and Food Chemistry。专题组毕业的博士生晏英(现为贵州医科大学副教授)以及贵州医科大学的唐攀为共同第一作者,中国科学院昆明植物研究所郝小江研究员、邸迎彤研究员、贵州医科大学汤磊教授为共同通讯作者。