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種質資源庫團隊解析核心十字花科植物的系統發育關系

文章来源:中國西南野生生物種質資源庫  |  发布时间:2020-09-14  |  作者:刘良敏  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 

  十字花科(Brassicaceae或Cruciferae)植物約有351屬3977種,是一個全球分布的自然類群,包括常見綠葉類蔬菜、油料作物油菜、園藝觀賞植物香雪球等。該科有模式植物擬南芥,也是被子植物全基因組序列數據發表最多的科之一,爲研究全基因組加倍、環境適應機制、基因功能進化等重要生物學問題提供了不可多得的機會。十字花科的分類學研究曆史悠久,近年來的分子系統學研究重新界定了十字花科族的劃分,並由較早系統的19個族逐步擴增至劃分爲52個族。由于十字花科複雜的進化曆史,且已有研究取樣代表不足,核心十字花科的主要分支間以及族間的系統發育關系仍然存在不少問題。 

  中國科學院昆明植物研究所植物多样性與基因组学团队李德铢研究组依托中國西南野生生物種質資源庫,选取核心十字花科3171199種以及4個未划分至族的屬进行全面分析,以该科基部类群岩芥菜族中的三個代表种为外类群,共囊括222個葉綠體基因組數據以及235個核糖體(nrDNA(其中106個葉綠體基因組數據以及112nrDNA數據爲該研究中新獲取)。在基于nrDNA序列進行的系統發育分析中,將核心十字花科劃分爲4個分支,即clades a–d(圖1)。該研究還基于葉綠體全基因組數據以及蛋白編碼基因構建了兩種矩陣,移除比對存疑的区域或去除替换饱和的基因后,利用贝叶斯法以及最大似然法重建了核心十字花科的系统发育关系。研究结果支持将核心十字花科划分为三個高支持率的分支:Lineage ⅠLI),Lineage IILII)和Lineage ⅢLⅢ),其中LⅠLⅡ + LⅢ构成姐妹群(圖23)。該研究將備受爭議的LⅡ分支解析为单系分支,阐明了一些难以解析的深度分支的系统发育关系,确定双盾荠族为该分支最早分化的类群,岩荠族與高河菜族+含生荠族互为姐妹类群(圖3)。LⅢ分支與基于nrDNA序列研究劃分的clade d分支表现出高度的一致性,两组数据集的分析结果都支持离子芥族、花旗杆族以及鸟头荠族为并系类群。此外,该研究综合比较核质之间的系统发育关系,还发现了大量的冲突节点,进一步证实了十字花科经历了复杂的进化历史,为十字花科的起源與进化历史提供了研究基础。另一方面,该研究还发现叶绿体编码基因rps16的丢失可能是南芥族和庭芥族的共衍征(圖2)。 

  研究成果以“Resolving robust phylogenetic relationships of core Brassicaceae using genome skimming data”为题在线发表于国际植物系统與进化领域重要期刊Journal of Systematics and Evolutionhttps://doi.org/10.1111/jse.12666)。該研究團隊劉良敏碩士爲論文的第一作者,李德铢研究員爲論文的通訊作者。該研究由中國科學院B類戰略性先導科技專項(XDB31010000资助完成,整個研究过程得到了国家重大科技基础设施中國西南野生生物種質資源庫采集、保藏、分子生物学实验和分析平台的大力支持。 

  文章鏈接 

 

1 核心十字花科基于nrDNA序列構建的貝葉斯樹,右側爲得到支持的a – d分支 

 

2 基于葉綠體77個串联编码基因构建的最大似然法树揭示核心十字花科3大分支 

 

3 核心十字花科基于葉綠體77個串联编码基因构建的最大似然法树以及其它相关研究对十字花科主要分支划分比较圖(族级水平) 

(責任編輯:李雪)

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