《昆明植物所极小种群野生植物综合保护团队揭示亚洲醉鱼草属植物系统发育与网状进化历史》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 姜丽华
  • 发布时间:2023-04-09
  • 玄参科(Scrophulariaceae)醉鱼草属(Buddleja L.)植物在世界范围内约有90种,主要分布于非洲、亚洲及南北美洲。亚洲醉鱼草属植物共27种,为一单系,中国-喜马拉雅植物亚区则是亚洲醉鱼草属植物的核心分布区,也是世界醉鱼草属植物的四个多样性中心之一。该类群不仅拥有较高的园艺观赏价值(如大叶醉鱼草、大花醉鱼草、互叶醉鱼草等)和药食用价值(如:醉鱼草、密蒙花、喉药醉鱼草等),也不乏一些珍稀濒危物种,如极小种群野生植物腺叶醉鱼草和无柄醉鱼草等(图二)。该类群种间和种内倍性变化丰富(2n = 2x – 24x)、种间杂交频繁、物种界定具有争议。对亚洲醉鱼草属植物开展系统学研究不仅有助于更好的利用和保护这个类群,还有助于了解生物多样性热点地区多倍体植物的物种形成和演化历史。

    近日,中国科学院昆明植物研究所科研人员与华盛顿大学Richard Olmstead展开合作,对亚洲醉鱼草属植物进行了全面的取样和物种倍性信息测定,同时利用浅层测序数据,对亚洲醉鱼草属植物每个样品进行了叶绿体全基因组组装、nrDNA序列构建、低拷贝核基因构建以及单核苷酸多态性(SNP)的挖掘。本研究通过核质冲突、基因树不一致、贝叶斯聚类等分析方法结合物种倍性信息,推测了亚洲醉鱼草属植物复杂的的网状演化历史(图一)。同时利用大量低拷贝核基因(low-copy nuclear gene)为亚洲醉鱼草属植物推断出一个稳健的物种树,从而厘清了该分支属下分类关系,纠正了一些早期的物种界定错误,并发现了多个被错误归并的隐存种。叶绿体分化时间表明,亚洲醉鱼草的多样化发生于8–10Ma和0–3Ma,分别对应了横断山脉的最后一次隆升和第四纪气候震荡。综上,该研究揭示多倍化和广泛的杂交现象加之地质运动和气候变化共同促进了亚洲醉鱼草的物种形成。  据悉,研究成果以Deciphering complex reticulate evolution of Asian Buddleja (Scrophulariaceae): insights into the taxonomy and speciation of polyploid taxa in the Sino- Himalayan region为题发表在植物学主流期刊Annals of Botany上。编辑给予评述:“A study that is a very good illustration of the benefits of a fully integrative analysis to depict a successful process of plant diversification through hybridization and polyploidy within a species complex.”中国科学院昆明植物研究所云南省极小种群野生植物综合保护重点实验室已毕业硕士研究生杨丰懋为论文的第一作者,葛佳博士为论文的共同第一作者兼通讯作者,孙卫邦研究员为共同通讯作者。研究得到云南省应用基础研究项目(202001AT070097),国家自然科学基金(32071653、30970192、31770240 及31400478)的资助。

  • 原文来源:http://www.kib.cas.cn/xwzx/kyjz/202304/t20230406_6727705.html
相关报告
  • 《昆明植物所与合作者揭示罂粟属物种的网状异源多倍化起源》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-04-28
    • 自然杂交和多倍化是物种形成和演化的重要驱动力,尤其对于被子植物,其导致的网状进化对基于二叉分枝理论的“生命之树”提出了挑战。然而,在全基因组水平解析植物网状演化的研究案例缺乏,究其原因在于具有全基因组序列的物种在属、科级水平的覆盖度与代表性不足。   罂粟属植物因其重要的药用、经济和观赏价值而备受关注,目前该属植物已经发表3个高质量基因组物种。其中,鸦片罂粟(Papaver somniferum)和渥美罂粟(Papaver setigerum)的形成涉及多倍化过程。该研究以三种罂粟属植物基因组为基础,结合亚基因组分型技术,对罂粟属植物的多倍体起源进行了细致的解析。研究发现,罂粟属植物的多倍化事件并非已经报道的简单的全基因组加倍,而是涉及复杂的网状异源多倍化(图1A-D)。此外,研究人员还利用LTR插入时间估计了各个物种的形成时间并进一步推断了物种形成过程(图1E,图2)。   基于该研究提出的基因组网状演化模型,STORR(吗啡合成的关键基因)的融合事件最有可能发生在A和C的祖先中,甚至最早可能发生于这个物种复合体的最近共同祖先中,并通过杂交方式传入鸦片罂粟和渥美罂粟的基因组中(图2)。总体而言,该研究不仅对于理解网状演化在生物多样化中的作用具有重要意义,还对理解吗啡生物合成途径的演化具有意义。   近日,中国科学院昆明植物研究所、山东省农科院和于默奥大学等单位的研究团队合作,在国际知名期刊Nature Communications在线发表了题为Subgenome-aware analyses suggest a reticulate allopolyploidization origin in three Papaver genomes的研究论文。中国科学院昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护团队保护园艺学与种质创新专题组博士研究生张仁纲、山东省农科院博士后鲁朝霞、源宜基因李光远为论文的共同第一作者。中国科学院昆明植物研究所马永鹏研究员、山东省农科院贾凯华博士和瑞典于默奥大学赵伟博士为论文的共同通讯作者。该工作还包含来自北京化工大学、济南大学、石家庄人民医专、扬益信孚(济南)生物科技有限公司、山东省林草种质资源中心、北京林业大学等合作者的贡献。该研究得到了国家重点研发计划(2022YFF1301702)、云南省自然科学基金重点项目(202001AS070019)、中国科学院西部之光及山东省农科院创新工程及瑞典研究理事会等项目的资助。
  • 《极小种群野生植物银缕梅在昆明植物园首次开花》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-03-13
    •     近日,金缕梅科(Hamamelidaceae)波斯铁木属(Parrotia)落叶小乔木银缕梅(P. subaequalis)在中国科学院昆明植物研究所昆明植物园首次开花,这标志着这种国家一级重点保护的极小种群野生植物在昆明植物园迁地保护取得了初步成功。    银缕梅的别名为单氏木,以此纪念发现人之一的我国植物学家单人骅先生。该植物在《中国生物多样性红色名录-高等植物卷(2020)》中的受威胁等级为易危VU(C1),在2021年被列入国家一级重点保护野生植物,曾被列入《全国极小种群野生植物保护工程规划(2011-2015)》的120个目标物种之一。2017年9月,昆明植物园自银缕梅的原分布地江苏宜兴引种了100株人工繁育的银缕梅小苗,保育于苗圃。2018年11月,参加中国植物园联盟园林园艺与景观建设培训班的学员在昆明植物园极小种群野生植物专类园定植了23株银缕梅,构建了银缕梅迁地保护种群,以供科学研究、迁地保护观察和科普教育。定植初期的苗木平均地径2-3厘米,平均株高90厘米。自定植以来适应性良好,生长健康,目前平均地径3.9厘米,平均株高3米。银缕梅花药黄色带红,花朵前期朝上,盛花时下垂,无花瓣,远看金光灿灿,近看银丝缕缕,观赏价值极高。科研人员介绍,银缕梅是距今6700万年前的中生代白垩纪化石中发现的、最古老的被子植物之一,其与裸子植物银杏、水杉一样是仅存于我国被再发现的活化石树种,为恐龙赏过的物种,珍贵程度超过大熊猫。在植物进化的历史长河中,金缕梅科植物在植物进化史上有着“承前(裸子植物)启后(被子植物)”的重要地位。这种“只结果不开花”的活化石为我国的特有物种,主要分布于江苏南部宜兴、安徽及浙江。在安徽,其主要分布于大别山区等地海报400-700米间,少数分布达1000米。位于安徽省宣城市绩溪县荆州的朱显村村口,发现由9株百年以上银缕梅大树和25株小树组成的银缕梅古树群,其中最大的一株胸径达91.5厘米的,树高14米,冠幅8米,树龄800年,是国内迄今所发现最大最珍贵的银缕梅群落。科研人员表示,之所以说它“只结果不开花”大概也是因为导致它濒危的原因之一:数年开花一次。开花次数少,能顺利完成授粉结实的机会就少,导致其产生有性后代的可能性大大降低,种群数量的扩增被严重制约。致危原因之二是银缕梅雌雄花异熟,传粉受精受阻。据悉,银缕梅从花芽分化到花苞展开,约需1年的时间,从花苞展开到雌雄蕊外露20天后,雌蕊才趋于成熟,雄蕊还要迟熟5-9天。相关研究还表明导致银缕梅濒危的原因还有病虫害较多,如叶斑病、瘿瘤病等,但在昆明植物园迁地保护的银缕梅尚未见严重的病虫害。科研人员表示,银缕梅树干挺拔,树皮斑驳,树态婆娑,枝叶繁茂,叶片春夏绿意盎然,秋末冬初姹紫嫣红,是不可多得的秋色叶观赏树种。他们期待,昆明植物园迁地保护的银缕梅能正常结实,繁育更多的苗木,在我国广大的亚热带地区进行栽培利用,在利用中实现有效保护。