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種質資源庫團隊通過質體基因組研究解析豆科植物深度系統發育關系

文章來源:中國西南野生生物種質資源庫  |  發布時間:2020-02-19  |  作者:張榮  |  瀏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  豆科(Leguminosae)是植物界第三大科,約有76519500種,也是經濟價值最大的科之一。該科植物形態和習性高度多樣化,既有一年生小草本,也有草質藤本、灌木,更有木質藤本和森林群落的建群種。豆科植物為世界廣布,約有88%的種能與根瘤菌共生固氮,在生態系統功能維持和可持續農業中占據重要地位。豆科植物被應用于人類生活的諸多方面,包括糧食、油料、飼料、木材、藥品、紡織品、生物制品(如工業酶)、觀賞和園藝植物等。有數十種豆科植物被馴化栽培,是重要的植物蛋白質來源,在某些地區甚至是人們僅有的蛋白質來源。近20年來,植物分子系統學取得了重要進展,其中國際豆科系統發育工作組2017年基于葉綠體matK序列數據,構建了一棵取樣較全的豆科系統發育樹,并結合形態證據,提出了6個亞科的新分類系統。不過,以往的分子系統學研究或基于少量基因片段,或取樣代表性不足,尚未構建豆科高分辨率和支持率的系統發育框架,制約了這一重要類群及相關學科領域的研究。 

  中國科學院昆明植物研究所植物多樣性與基因組學團隊伊廷雙和李德銖研究組立足國家重大科學工程中國西南野生生物種質資源庫,選取代表豆科全部6個亞科和97%族,以及豆目其它3個科的187種(其中151種為新獲取)的質體基因組數據進行全面分析。通過對編碼區(PC)、非編碼區(PN)、編碼區和非編碼區串聯(PCN)3個基本數據集,加上23個派生數據集及6個系統發育信號分析后新建數據集的深入分析,獲得了該科具有強統計支持且基本一致的系統樹,并解析了云實亞科和蝶形花亞科的早期分支內一些長期存在爭議的深度系統關系(圖1)。此外,該研究通過豆科幾個關鍵節點沖突的系統發育信號檢測和量化(圖2),以及基因樹沖突分析,證實了其質體基因組存在沖突的系統發育信號。該研究提出,有些植物類群的質體基因組可能存在雙親遺傳和復雜的進化模式,若將整個質體基因組作為獨立的進化單元可能造成錯誤的系統發育關系推論,分析沖突位點的系統發育信號是質體系統發育基因組學研究中的必要環節。該研究重建的具強統計支持的系統發育框架為豆科植物的分類、進化及多樣化研究奠定了較為堅實的基礎。 

  研究成果以“Exploration of plastid phylogenomic conflict yields new insights into the deep relationships of Leguminosae”為題近日在線發表于國際生物系統學頂級期刊Systematic Biology (https://doi.org/10.1093/sysbio/syaa013)。此項成果是與加拿大、巴西、美國和澳大利亞等多國學者合作完成的,該研究團隊張榮博士、王銀環博士和金建軍博士為論文的共同第一作者,伊廷雙研究員和李德銖研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國科學院B類戰略性先導科技專項(XDB31010000),國家自然科學基金國際(地區)重點合作研究項目(31720103903),以及中國科學院重大科技基礎設施開放研究項目(2017-LSF-GBOWS-02)的支持。 

  文章鏈接 

 

1 豆科基于質體編碼和非編碼區串聯數據集(PCN)構建的最大似然樹 

 

圖2 豆科基部分支三種拓撲結構的系統發育信號分布圖 

(責任編輯:李雪)

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