科研成果

在植物系统发育关系研究中，一个能够真实反映被子植物亲缘关系的系统发育树对了解被子植物的起源、物种的扩散路线以及性状的起源与演化历史等至关重要。而在构建系统发育关系时，“核质不一致”现象是分子系统学家经常遇到的难题。造成核质不一致现象通常是由趋同进化（Convergent evolution）、谱系分选不完全（Incomplete lineage sorting）和杂交（Hybridization）或基因渐渗（Gene introgression）三方面因素造成的。

虎耳草科（Saxifragaceae）为多年生草本植物，约含有30个属，超过600多个种。其自然分布区主要在北半球，而物种的多样性中心在喜马拉雅，东亚和北美西部等地区。该科下有9个属组成了矾根组，由于组内广泛存在多个属的属间和属内杂交，使其成为一个研究杂交事件对系统发育关系重建影响的理想模型。本研究利用基因组浅层测序技术（Genome skimming）对矾根组7个物种11个个体进行了测序，并从以上数据中组装获得了叶绿体基因组以及核ETS/ITS序列。基于ETS/ITS联合片段构建的系统发育树成功解决了东亚-北美间断分布的黄水枝属的系统发育关系，即北美东部的心叶黄水枝位于该属的基部，东亚分布的黄水枝与北美西部的三叶黄水枝形成姐妹类群。随后，基于叶绿体基因组序列构建的系统发育关系与核基因水平出现了明显的不一致现象，进一步分析表明导致这一不一致现象的主要原因是由于黄水枝属通过古老的祖先杂交至少捕获两次矾根属叶绿体基因组事件造成的。

图1：基于核基因ETS/ITS联合序列（左）与基于叶绿体基因组全长序列（右）构建的黄水枝属与近缘类群的系统发育树

本研究结果于2020年04月28日以题为“Plastome evolution in Saxifragaceae and multiple plastid capture events involving Heuchera and Tiarella”在线发表在Frontiers in Plant Science（SCI二区，IF3年=4.025）上。刘路贤博士为论文第一作者，尚富德教授与浙江大学李攀副教授为论文共同通讯作者，同时美国科学院院士佛罗里达大学Douglas E. Soltis教授与他的博士后Ryan A. Folk博士也参与本课题的部分研究工作。该研究得到了国家自然科学基金（Nos. 31900188）与4556银河国际线路测试生物学一流学科建设经费的资助。

论文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00361/full