Hortic Res | 中国特有四倍体伞房草莓和西南草莓进化历史

科技   2024-11-04 10:10   江苏  

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多倍体植物与其二倍体祖先间的生态位进化式样及其遗传背景是生态学和进化生物学领域长期关注的议题,然而由于祖先-后裔种对关系在大部分实例研究中尚未明晰,使得该科学问题被持续讨论。草莓属Fragaria L.)约含25种,包含二倍体、四倍体、六倍体、八倍体、十倍体等多种倍性变异,为探讨该问题提供了理想的研究体系。


2024年7月,Horticulture Research在线发表了台州学院李钧敏教授团队完成的题为 Genomic data provides insights into the evolutionary history and adaptive differentiation of two tetraploid strawberries 的研究论文。


本研究聚焦两个我国特有的四倍体物种伞房草莓(F. corymbosa)西南草莓(F. moupinensis)开展了相关工作。研究人员从头组装了包括伞房草莓在内的五种野生草莓染色体级别全基因组(2个四倍体物种和3个二倍体近缘物种),基因组共线性分析、重测序数据K-mer分布和转座子主成分分析均支持伞房草莓和西南草莓为同源四倍体(图1)


图1 完成全基因组测序的草莓物种及四倍体野生草莓基因组特征

研究人员进一步基于系统发育关系和序列相似性对伞房草莓和西南草莓的二倍体祖先进行鉴定。基于多套直系同源单拷贝基因序列和不同构树方法重建的系统发育树显示,二倍体中国草莓(F. chinensis)是四倍体伞房草莓最有可能的祖先,而四倍体西南草莓的祖先可能是未被采样的中国草莓群体或已灭绝的中国草莓近缘物种;同时,基于序列相似性的分析结果也支持伞房草莓和西南草莓的基因组重测序数据与中国草莓的基因组序列呈现出最高的匹配率(图2)


2 基于系统发育关系和序列相似性对伞房草莓和西南草莓的二倍体祖先进行鉴定

基因组重测序数据分析结果显示,中国草莓与五叶草莓(F. pentaphylla)存在较为显著的基因渐渗,是导致前期研究无法厘清二者与近缘野生四倍体之间祖先-后裔种对关系的可能原因(图3)


3 野生草莓的种间基因渐渗


结合转录组数据,研究人员发现伞房草莓和西南草莓较之其二倍体祖先中国草莓在与紫外线辐射、DNA修复等相关基因中呈现出基因家族扩张和转录水平上升,而在与各类胁迫响应相关的基因中显示出基因家族收缩和转录水平下降,为祖先-后裔间生态位进化式样及其遗传背景这一议题提供了分子遗传学启示(图4)

 

图4 在伞房草莓和西南草莓基因组中显著扩张的基因家族功能富集结果




团队介绍:

第一作者林汉扬博士主要从事植物系统进化研究,所在团队PI李钧敏教授(浙江省植物进化生态学与保护重点实验室;台州学院全球变化与进化生态学研究所)长期关注进化生态和入侵生态研究。该项研究得到国家自然科学基金委员会与美国国家科学基金会中美生物多样性专项(NSFC 31261120580;NSF DEB-12410006 & DEB-1241217)的资助。美国匹兹堡大学Tia-Lynn Ashman教授、美国俄勒冈州立大学Aaron Liston教授、杭州师范大学董鸣教授等参与指导了该项研究。


文章链接:

https://doi.org/10.1093/hr/uhae194


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About Horticulture Research

《园艺研究(英文)》Horticulture Research)是由南京农业大学主办的学术期刊,主要刊载园艺作物的基础和理论研究,包括遗传学、育种、组学和演化、园艺作物的起源及驯化、生物技术、生物化学、生理学和细胞与分子生物学,环境互作生物学等。科睿唯安JCR2023影响因子:7.6,位于园艺一区(第2/38名),植物科学一区(第13/265名),遗传学一区(第14/191名)。2023年中科院期刊分区:位于园艺小类一区,植物科学小类一区,遗传学小类一区,农林科学大类一区(Top期刊)。入选中国科技期刊卓越行动计划领军类期刊。

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特邀作者:林汉扬
编辑排版:王平、陈思洁(实习)
审核:孔敏、孔敏

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《园艺研究》(Horticulture Research)是南京农业大学主办的英文学术期刊,采用开放获取形式,专注刊载和园艺作物有关,能引起广泛的国际和学科兴趣的基础和理论研究。
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