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薔薇科葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組研究中取得進(jìn)展

時間:2017-2-23閱讀:194
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系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)是基因組學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育生物學(xué)融合產(chǎn)生的一個交叉學(xué)科,主要用基因組水平的大規(guī)模分子數(shù)據(jù)解析生物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,并利用系統(tǒng)發(fā)育原理研究基因組進(jìn)化機(jī)制?;蚪M大量的數(shù)據(jù)信息具有 “緩沖” 作用,能減少系統(tǒng)發(fā)育重建中的隨機(jī)誤差,使得引起基因樹沖突的各種生物學(xué)因素被逐一分析,是當(dāng)前重建生命之樹,解析困難系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的zui有效途徑。由于大小適中、核苷酸置換率適度、容易比對、不存在旁系同源問題等優(yōu)點(diǎn),葉綠體基因組已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于解析困難類群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。薔薇科包括約 90 屬 3000 種,廣布,具有多種世界經(jīng)濟(jì)價值的水果,如蘋果、梨、桃、李、杏、櫻桃、山楂,以及花卉如玫瑰、月季、梅花。植物學(xué)家對薔薇科開展了大量分類和系統(tǒng)關(guān)系的研究,但由于頻繁的雜交、孤雌生殖和可能的快速輻射分化等因素的影響,該科的亞科、族、屬分類范疇仍存在很大爭議,主要分支間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系難以解析,是系統(tǒng)發(fā)育重建zui困難的植物類群之一。

中國科學(xué)院昆明植物研究所中國西南野生生物種質(zhì)資源庫伊廷雙和李德銖研究組多年致力于薔薇目的系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化研究,相繼對薔薇目(Zhang et al. 2011,Molecular Phylogenetics and Evolution)、和蕁麻科(Wu et al. 2013,Molecular Phylogenetics and Evolution)等類群開展分子系統(tǒng)學(xué)研究。通過與英國*植物園邱園 Mark W. Chase、佛羅里達(dá)大學(xué)教授 Douglas E. Soltis 合作,依托中國西南野生種質(zhì)資源庫分子生物學(xué)實(shí)驗中心的設(shè)施和平臺,利用葉綠體系統(tǒng)基因組學(xué)的方法重建了薔薇科 79 屬 132 種的系統(tǒng)發(fā)育樹,成功解析了薔薇科各亞科、族和屬間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系?;谶@棵高支持率、高分辨率的系統(tǒng)發(fā)育樹,估算了薔薇科及其主要分支的起源和分化時間,推斷了古氣候?qū)λN薇科主要分支多樣化的影響。主要結(jié)論包括:1)在葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究中,序列的比對質(zhì)量和模型選擇對于正確解析類群間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系至關(guān)重要;2)薔薇科亞科、族和大部分屬間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系獲得解析并被很好支持;3)薔薇科起源于晚白堊紀(jì),之后經(jīng)歷了多次的多樣化速率的變化;4)亞科和族的快速多樣化發(fā)生在晚白堊紀(jì)的溫暖濕潤的環(huán)境中,而從早漸新世以來屬的多樣化發(fā)生在干冷的環(huán)境中。

該研究對于揭示薔薇科的起源與多樣化具有重要的科學(xué)意義,對進(jìn)一步研究該類群進(jìn)化問題打下了堅實(shí)的基礎(chǔ),也為利用葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)解決其它困難植物類群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提供了又一個典型案例。該研究得到了國家重大科學(xué)研究計劃項目(2014CB954100)、中科院中 - 非聯(lián)合研究中心(SAJC201302)、科技基礎(chǔ)性工作專項重點(diǎn)項目(2013FY112600)、中科院科技創(chuàng)新 “交叉與合作團(tuán)隊”(31129001)和云南省中青年學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才項目(2011CI042)的支持。研究結(jié)果以 Diversification of Rosaceae since the Late Cretaceous based on plastid phylogenomics 為題,在線發(fā)表于植物學(xué)學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》(New Phytologist)。

薔薇科系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

薔薇科多樣化分析

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