四川大学何兴金团队揭示：横断山区高山草本类群——东俄芹属的复杂进化模式和形态演化

以下文章来源于植物分类学报JSE ，作者桂凌健等

喜马拉雅-横断山区是闻名世界的生物多样性热点地区，开展该区域内物种谱系分化和多样性分布格局形成历史的研究，对于揭示该地区物种的生存和多样性维持机制具有重要意义。随着分子进化生物学快速发展，研究发现植物的形态分类学和分子分类学出现了大量不一致的情况，引发国内外学者的激烈争论和反复探索，特别是近年来越来越多的研究发现植物进化的特殊模式可能导致形态和分子进化的强烈矛盾，并且在许多植物类群中都观察到了“叶绿体捕获”现象。作为种间杂交的一种极端形式，当杂种经历持续回交时，一个物种的叶绿体通过杂交/基因渗入可以转移到另一个物种中。然而，同一个地理区域内产生基因渐渗物种的形态发生仍然很少被讨论，这极大地阻碍了我们对基因渐渗造成物种种间形态变异和物种分类的认知。

近日，Journal of Systematics and Evolution（JSE）在线发表了四川大学生命科学学院何兴金教授研究团队题为“Chloroplast genomes and ribosomal DNA provide insights into divergence and morphological evolution of alpine Tongoloa”的研究论文（https://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.13028）。该研究以东俄芹属为研究对象，解析了高山草本植物中复杂进化模式和形态演化的历史。东俄芹属（Tongoloa）为纤细草本类群，隶属于伞形科（Apiaceae）芹亚科（Apioideae）。该属以横断山区为现代多样性分布中心，部分物种延伸至喜马拉雅中部和华东地区。分子系统发育上，伞形科东亚分支的系统发育重建困难，尤其是如东俄芹属等一些分类历史复杂的高山小型草本类群。近年在利用通用基因片段构建的系统发育关系中，涉及东俄芹属的一些关键节点存在支持率低、内部分支顺序不确定、平行支等问题。因此该类群成为深入认识高山草本植物进化模式的重要代表。

研究人员利用二代基因组浅层测序（genome skimming sequencing）技术，对东俄芹属及近缘类群27个分类群的叶绿体（cp）基因组和核糖体（nr）DNA进行测序，从头组装了27个完整叶绿体（cp）基因组和每个分类群超过6000 bp的nrDNA重复单元序列。分析发现东俄芹属cp基因组中反向重复（IR）区明显扩张。与光合作用密切相关的三个基因（ndhC, ndhJ和petG）似乎经历了显著的选择压力。在nrDNA的系统发育分析中，东俄芹属的核心类群较好地聚在一起。相比之下，cpDNA数据强烈支持舟瓣芹属（Sinolimprichtia）嵌套在东俄芹属中。

对于这种系统发育之间强烈的拓扑冲突的最合理解释为古老的基因渐渗和叶绿体捕获。形态高度不一致的舟瓣芹属的果实特征，在叶绿体系统发育树上嵌套在东俄芹属内，进一步支持了杂交-渐渗的假设。该研究强调了东俄芹属复杂的进化历史对以前分类处理中遇到挑战的潜在影响。

图. 生长于云南白马雪山海拔约4200 m处的东俄芹属植物；东俄芹属叶绿体全基因组(cp genome)和nrDNA系统发育树出现明显冲突，形态学和分子进化之间也出现了有趣的差异。

四川大学生命科学学院何兴金教授研究团队，长期以来针对横断山区和喜马拉雅山区的植物类群进行研究，取得了一系列研究成果。本研究以东俄芹属为研究对象，揭示了位于横断山区的草本高山类群东俄芹属的复杂进化模式和形态进化历史，为探讨生物多样性热点地区植物快速演化的分子遗传模式提供了全新线索，为理解传统植物分类学和分子进化的不一致提供更多的理论依据。

四川大学已毕业的博士研究生桂凌健（现为广西药用植物园助理研究员）为该论文的第一作者，四川大学何兴金教授为论文的通讯作者。课题组成员周颂东副教授、谢登峰助理研究员，已毕业博士研究生彭昶和任婷，广西药用植物园余丽莹研究员也参与了该项研究。该工作得到国家自然科学基金、国家基础条件平台教学标本子平台、全国第四次中药普查等项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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