唇形科香薷族系统学研究取得新进展

文摘   2024-09-11 00:00   北京  

在植物进化研究中,系统发生重建是一项基础性工作,而杂交和不完全谱系分选等现象为其带来极大挑战。这些复杂的进化过程会导致核质冲突和基因树与物种树间的不一致,进而使得很多分支之间的关系难以用简单的二叉分支树来展示。唇形科(Lamiaceae)荆芥亚科中最小的族——香薷族就是一个典型例子,其部分分支的系统位置一直未得到解决。


为解决这一问题并深入探讨其成因,国家植物标本资源库、植物多样性与特色经济作物重点实验室泛喜马拉雅植物多样性研究组科研人员对该族进行了全面取样,尤其关注其最大的属——香薷属(Elsholtzia)。研究团队利用该族各分支代表物种的转录组数据及91个样品的全基因组深层测序数据,获得了503个单拷贝核基因及叶绿体基因组进行系统发生重建,得到了稳固的框架。


基于503个单拷贝核基因(左)和叶绿体基因组(右)重建的香薷族系统发生树


香薷属在目前的界定范围下是并系,而香简草属(Keiskea)是多系,不支持将其归并至马香草属(Collinsonia),因此香薷族多个属的范围需要重新界定。


核质冲突在深节点上主要集中在与吴黄木属(Vuhuangia)分支和密花香薷(E. densa)分支相关的两个节点上,同时这两个节点也表现出严重的基因树与物种树不一致,进一步分析表明,这种不一致是由不完全谱系分选和杂交渐渗共同引起的。在浅节点上,一些物种的多个样品在叶绿体基因树上并没有聚在一起,而是与采集地点相近的近缘物种的样品聚在一起,在比较极端的例子中,采集自同一地点的两个不同的物种拥有完全相同的叶绿体基因组,这表明香薷族中存在显著的叶绿体捕获现象,进一步证明了杂交的发生。



基因树与物种树的冲突


该研究利用系统发生基因组学方法,揭示了香薷族中存在广泛的杂交事件,为理解该类群复杂的进化历史提供了重要线索。


该研究成果以Phylogenomic analyses revealed widely occurring hybridization events across Elsholtzieae (Lamiaceae)为题,在线发表于Molecular Phylogenetics and Evolution期刊。详见文末“阅读原文”。植物所博士生王岩为第一作者,王强研究员为通讯作者。博士研究生吴学学、陈焱燚和王迎惠,以及徐超工程师也参与了工作。该研究得到了科技部科技基础资源调查专项(2022FY202200)、中国科学院青年创新促进会(Y2022032)和国家植物标本库植物标本资源精准采集项目(E0117G1001)等项目的支持。



分子生药创新团队
分子生药学是在分子水平上研究中药鉴定、质量形成、资源保护与生产的一门学科。分子生药学作为一门不断发展的学科,吸收生命科学领域中最新成果,并将其应用于中药研究中,形成新理论、新方法、新技术,拓展分子生药学学科的内涵和外延。
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