《华南植物园在野生二倍体草莓系统发育和杂交渐渗研究中取得进展》

  • 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)。


  • 原文来源:https://www.cas.cn/syky/202303/t20230306_4877826.shtml
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    • 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
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    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-09-02
    • 随着二代测序技术的飞速发展,植物叶绿体基因组序列已普遍应用于重建植物“生命之树”研究中。大多数植物叶绿体基因组呈环状四分体结构,包含约80个蛋白编码基因。叶绿体基因组由于缺乏重组而通常被认为是连锁的单一基因座;然而,越来越多的研究证据表明,叶绿体基因组中不同区域以及不同编码基因具有不同的核酸替代速率,经受不同的自然选择压力。目前对于叶绿体单基因或不同功能组基因的进化研究还很少。另外,传统基于叶绿体基因组的系统基因组学研究通常直接将叶绿体基因组直接串联起来进行系统树构建,因此单基因遗传变异导致的系统发育不一致性往往被忽略。   龙胆族包含龙胆亚族和獐牙菜亚族,大多数物种生长在青藏高原高山草甸及流石滩,包含许多著名的高山花卉和药用植物,如龙胆、獐牙菜、秦艽、扁蕾等,是理解高山植物演化和适应性的良好类群。龙胆族内系统关系也一直没有很好的解决,基于DNA片段的系统学研究往往不能提供很好的分辨率。   武汉植物园系统与进化学科组采集了龙胆族10个属的样品,进行叶绿体基因组测序,探讨龙胆族系统发育关系以及叶绿体基因组进化。系统发育分析得到了各属之间稳健的系统关系,其中獐牙菜属不是单系。研究发现单基因系统树之间存在很大的变异,而将所有基因串联建树掩盖过了单基因带来的差异。超过一半的基因导致龙胆族混乱的系统关系,其中包括常用分子标记。这可能解释了以往使用DNA片段的研究无法很好的重建该族系统发育关系。对核苷酸替代率的估计显示,不同叶绿体基因之间以及不同功能组基因之间存在广泛的替代率异质性。比较分析表明,核糖体蛋白基因和RNA聚合酶基因在龙胆族叶绿体基因中具有较高的替代率和遗传变异;参与光合作用的编码基因较为保守。比较分析揭示了rpoC2基因具有较高系统发育信息性,可用作龙胆族分类学研究的条形码。此外,龙胆族叶绿体蛋白编码基因组都经历着纯化选择,纯化选择对有害变异的过度清除可能会模糊对系统发育关系的推断。   该研究首次利用系统基因组学揭示龙胆族内系统发育关系,为以后研究该族物种的起源和进化打下基础。比较基因组学分析揭示了广泛的进化速率异质性和质体基因间的遗传变异;同时揭示了普遍存在的单基因树系统发育不一致,突出了在未来的系统基因组学研究中考虑基因树异质性的必要性。相关研究成果以“Plastome phylogenomic study of Gentianeae (Gentianaceae): widespread gene tree discordance and its association with evolutionary rate heterogeneity of plastid genes”为题发表在国际著名期刊BMC Plant Biology。系统与进化课题组博士生张旭为论文第一作者,王恒昌研究员指导完成。