中國科學院昆明植物研究所
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科研進展

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

文章来源:中國西南野生生物種質資源庫  |  发布时间:2020-02-19  |  作者:张荣  |  浏览次数:  |  【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。豆科植物爲世界廣布,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,並結合形態證據,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样性与基因组学团队伊廷双和李德铢研究组立足国家重大科学工程中國西南野生生物種質資源庫,选取代表豆科全部6個亞科和97%族,以及豆目其它3個科的187種(其中151種爲新獲取)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後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,並解析了雲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複雜的進化模式,若將整個質體基因組作爲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爲豆科植物的分類、進化及多樣化研究奠定了較爲堅實的基礎。 

  研究成果以“Exploration of plastid phylogenomic conflict yields new insights into the deep relationships of Leguminosae”爲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)。此项成果是与加拿大、巴西、美国和澳大利亚等多国学者合作完成的,该研究团队张荣博士、王银环博士和金建军博士为论文的共同第一作者,伊廷双研究员和李德铢研究员为共同通讯作者。该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础设施开放研究项目(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 豆科基部分支三种拓扑结构的系统发育信号分布圖 

(責任編輯:李雪)

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原本山川 极名草木
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