木兰科是早期分化的被子植物类群，包括约370余种，间断分布于东亚、东南亚和北美东部和中南美洲的温带、亚热带和热带地区。该科植物在生物地理学研究上具有重要地位，是分析早期被子植物多样性和系统发育的重要类群。然而，由于木兰科广泛的形态同质性和缓慢的核苷酸替换率，基于形态或分子证据的系统发育关系支持度不高，限制了我们对该属时空演化的理解。
Journal of Systematics and Evolution（JSE）于2022年1月发表了深圳市仙湖植物园张寿洲团队题为“Plastid and nuclear phylogenomic incongruences and biogeographic implications of Magnolia s.l. (Magnoliaceae)”的研究论文（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jse.12727）。研究团队对木兰属13个section（共15组）48种代表植物的基因组进行了浅层测序，通过叶绿体和核基因组数据对木兰科的系统发育进行了分析，揭示了这一古老植物类群的复杂演化历史和生物地理分布模式。木兰科作为早期分化的被子植物类群之一，其演化历程对于理解被子植物的早期多样化具有重要意义。
基于48种木兰科植物新测的基因组数据，研究人员组装了木兰科植物的叶绿体基因组，同时从测序数据中提取了大量的核基因单核苷酸多态性（SNP）标记。然后使用叶绿体基因组全序列和核基因的SNP数据，构建了稳健的木兰科系统发育树（图1）。这一成果不仅提高了我们对木兰科植物内部关系的理解，也为后续的生物地理学研究提供了坚实的基础。
在分析过程中，研究人员发现叶绿体和核基因组数据之间存在显著的不一致性，这些不一致性可能源于杂交事件和多倍体形成等复杂的进化过程。尤其是我们在玉兰组（sect. Yulania）和木兰组( sect. Magnolia) 内检测到了明显的杂交信号，这表明这些类群可能通过杂交和多倍体形成增加了遗传多样性，从而适应了不同的生态环境。
图1. 木兰科的系统发育树。a)叶绿体基因的系统发育树；b)核基因SNP矩阵的系统发育树
此外，研究人员对木兰科植物的生物地理分布模式进行了重建（图2）。结果显示，木兰科的三次热带分布间断（sect. Talauma–sect. Gwillimia， sect. Macrophylla/Magnolia–eastern Asian sisters， Sect.Tuliparia and its Asian sisters)与中始新世的降温气候相吻合，而两次温带分布间断(two Liriodendron sister species 和 sect. Tulipastrum and sect. Yulania则发生在较晚的时期，可能与中新世的温暖时期有关。这一发现支持了木兰科北热带植物区系起源的概念，即木兰科的现代分布模式可能源于古近纪时期更广泛分布的植物群落，随后由于气候恶化和地理事件的影响，这些植物群落的分布范围受到了限制。
图2. 基于SNP数据分析木兰属的历史生物地理学
该研究不仅为木兰科植物的系统发育关系提供了新的见解，也为理解该类群在全球气候变化下的演化历程提供了重要的线索。这些发现对于保护生物学和生物多样性研究具有重要的意义，也为未来的植物系统发育学和进化生物学研究提供了新的方向。
深圳市仙湖植物园的张寿洲研究员团队，长期从事南亚热带地区维管植物多样性调查及编目，植物迁地保育的基础理论与实践研究，建立植物种质资源库和基因库，进行种子、微繁体等的保存及其技术优化研究，通过分子生物学手段研究一些关键类群的系统发育，物种进化与迁地保育有关的遗传多样性研究。
深圳市仙湖植物园的董珊珊副研究员和西安植物园的王亚玲研究员为该论文的第一作者，中国科学院仙湖植物园张寿洲研究员为论文的通讯作者。课题组成员李凌飞，李娜，龚奕青等参加了该项工作。该研究得到了仙湖植物园重点科研项目和国家林业局项目的资助。
图文编辑：刘彤
Journal of Systematics and Evolution (JSE)是以分类、系统发育和进化为核心内容，以描述和理解生物多样性为服务目标的多学科综合性国际学术期刊，主要发表系统与进化生物学领域的研究成果。JSE是中国科学院期刊分区表生物学大类1区期刊，中国科技期刊国际影响力提升计划项目（2013–2018）和中国科技期刊卓越行动计划项目（2019–2023）支持期刊。最新JCR影响因子3.4，排名60/265，位于Q1区。获第三届、第四届中国科协优秀科技论文奖。2023年连续第十二年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”奖。
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