中國科學院昆明植物研究所
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科研進展

昆明植物所研究團隊構建被子植物科級水平最爲完整的“生命之樹”

文章来源:中國西南野生生物種質資源庫  |  发布时间:2021-10-29  |  作者:李洪涛  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 
  被子植物又称有花植物,约有30万種,是種子植物门物種多样化程度最高,分布最广、适应性最强的一个陆生植物亚门。早白垩纪被子植物的崛起重塑了全球陆地植被和生态系统格局,也为昆虫、两爬类、鸟类和哺乳动物的多样化提供了栖息地、食物和能量来源。自达尔文进化论提出以来,重建被子植物的生命之樹一直是植物学研究的一个热点问题。近30年来,随着贩N系统学和分子系统学的兴起,被子植物系统发育研究不断取得进展,从最初根据形态学和解剖学特征将被子植物亚门分为单子叶植物纲和双子叶植物纲的二分法到1998年基于分子系统学研究成果提出的APG系统(不分纲或亚纲的目级系统)。近年来,随着被子植物演化研究取得的长足进展,APG系统也更新到第四版(APG IV)并得到广泛采纳。然而,被子植物一些主要贩NЪ涞南低撤⒂关系尚不清楚,如八个主干贩NЪ涞墓叵狄恢蔽吹玫胶芎媒馕觯核心被子植物(Mesangiospermae)五大贩Nе间的关系仍不清楚,不少目级和科级水平的系统发育关系亟待解决。

  中國科學院昆明植物研究所李德铢研究员带领的研究大团队,多年来致力于被子植物系统发育研究。团队依托国家重大科技基础设施中國西南野生生物種質資源庫,通過與美國佛羅裏達大學、德州植物研究所、西雅圖華盛頓大學,英國皇家植物園丘園和愛丁堡皇家植物園,南非約翰內斯堡大學和澳大利亞科廷大學等機構合作,開展了世界範圍內被子植物科級水平的全面取樣,通過協同攻關,取得了系列研究成果。繼2019年在Nature Plants發表被子植物的起源與早期演化研究的重要成果(PPA)後,又開展了被子植物科級水平最完整取樣的系統發育基因組學研究。該研究以裸子植物8個目1277162種爲外類群,選取APG IV系統承認的被子植物416個科以及被子植物系統發育網站接受的17個科,覆蓋全部433202446604792個葉綠體基因組的80個基因,構建了被子植物科級水平最爲完整的生命之樹 

  該研究在2019年被子植物葉綠體系統發育樹的基礎上,新增加73個科的葉綠體基因組數據,構建了被子植物基于葉綠體系統發育樹2.0PPA II),對被子植物科級水平的系統發育關系進行了深度解析,其中75%以上的目間及其以上的關系和78%科級及其以上的關系得到90%或更高的統計支持。在原有基礎上,建議將全部被子植物由原來的64目調整至68目,即將DasypogonaceaeHuaceaeOncothecaceaeSabiaceae四个科独立为四個目,分别是DasypogonalesHualesOncothecalesSabiales,並建議將被子植物的20个主要贩NТ理为超目。对被子植物的八大主干贩NВ包括基部ANA階的無油樟目(Amborellales)、睡蓮目(Nymphaeales)和木蘭藤目(Austrobaileyales),以及核心被子植物的五大贩NЫ鹚诶寄浚Chloranthales),木蘭類(magnoliids),單子葉植物(monocots),金魚藻目(Ceratophyllales)和真雙子葉植物(eudicots)系統關系的深入研究表明,核心被子植物在分化早期可能發生了快速輻射演化。除了幾個發生了輻射分化的目,如金虎尾目、虎耳草目、杜鵑花目和唇形目,以及葉綠體基因可能完全丟失的大花草科(Rafflesiaceae),以及另外4個葉綠體基因嚴重丟失的異養植物科Apodanthaceae, 蛇菰科(Balanophoraceae帽蕊草科(Mitrastemonaceae)和Thismiaceae外,大部分目級和科級水平的系統發育關系得到了很好的解析,有望全面更新APG IV系統。 

  1029日,該研究成果以“Plastid phylogenomic insights into relationships of all flowering plant families”爲題在國際生物學重要期刊BMC Biology在線發表。昆明植物所李洪涛、骆洋、甘露、马朋飞、高连明、杨俊波和蔡杰为论文共同第一作者,李德铢和伊廷双研究员为共同通讯作者。该研究得到了中國科學院战略性先导科技专项(No. XDB31000000)、中國科學院重大科技基础设施开放研究项目(No. 2017-LSF-GBOWS-02)、國家自然科學基金國際(地區)重點合作研究項目(31720103903)、科技基礎資源調查專項(No. 2019FY100900)、種质资源库开放研究项目(No. E16O8411D1)、國家自然科學基金項目(No. 31570333)、中國科學院青年促进会(No. 2015321)和雲嶺高端外國專家項目(No. YNQR-GDWG-2017-002No. YNQR-GDWG-2018-012)的支持,前期工作通過昆明植物研究所iFlora研究計劃(No. 2014-4-11)啓動。 

  文章鏈接 

   

1:被子植物目级水平生命之樹示意圖,显示全部68個目和20個超目(I - XX)的系統發育關系 

 

 

2:被子植物科级水平生命之樹示意圖,显示全部20個超目和433科的系統發育關系,其中5個虛線連接的科(Apodanthaceae, Balanophoraceae, Mitrastemonaceae,RafflesiaceaeThismiaceae)根據原有研究結果設定 

(責任編輯:李雪)

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