中國科學院昆明植物研究所
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頭條新聞

基因組淺層測序技術在困難類群物種鑒定的應用研究取得重要進展

文章来源:中國科學院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室,中國西南野生生物種質資源庫  |  发布时间:2021-08-11  |  作者:付超男  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 

  物種的快速、准確鑒定是生物多樣性研究的一大挑戰。近十多年來,DNA條形碼技術的引入,在很大程度上緩解了這一問題。基于2-3個質體片段和核糖體ITS序列的植物標准條形碼(一代條形碼)在植物物種鑒定和隱存種的發現中發揮了重要作用,極大地推動了生物多樣性與進化的研究。然而,一代條形碼在不同類群中分辨率差異較大,在很多木本植物類群中鑒定率不高。基因組淺層測序技術可以獲得全質體基因組和核基因組的核糖體DNAnrDNA)序列,被認爲是提升物種鑒定率的有效手段,但仍鮮有研究探討該技術在實際應用中能多大程度以及如何提高物種鑒定率。 

  杜鵑花屬(Rhododendron)是中國種子植物最大屬,約有590種,占全球該屬植物約60%的物種多樣性。喜馬拉雅-橫斷山區是杜鵑屬植物的起源和分化中心之一,分布有320多種,其中約66%为該区域特有种。快速辐射演化、种间杂交、多倍化等导致其物种的准确鉴定非常困难,杜鹃花属被认为是最困难的植物类群之一。近期,中國科學院昆明植物研究所高连明团队和李德铢团队与英国爱丁堡皇家植物园Peter Hollingsworth合作,對主要分布于喜馬拉雅-橫斷山區的杜鵑花屬植物進行了廣泛取樣,獲得了145個物種218個個體的淺層基因組數據,用來探究基因組淺層測序技術在杜鵑花屬物種鑒定中的應用。 

  研究結果表明,在杜鵑花屬中,基于ITS + matK + rbcL + trnH-psbA組合的一代條形碼序列的最高物種鑒定率僅爲33%;而基于基因組淺層測序獲得的質體基因組和nrDNA序列能夠成功鑒定55%的物種,物種鑒定率提升了22%。物種鑒定率顯著提升的主要原因是質體基因組序列能夠提供更多的信息。雖然以前有研究認爲3-4個質體基因組片段就能達到鑒定成功的漸近線,但研究发现更多的基因组数据仍然可以显著的提升杜鹃花属这样困难类群的物种鉴定率。随着基因组浅层测序技术的成熟簣D鄹窠档停該技术与一代条形码相比,能够更好的应用于像杜鹃花属这样分类困难的类群。而且,由于质体基因组和nrDNA数据可以很好的兼容之前的一代条形码数据,該方法可以作为标准条形码的扩展和升级,并丰富标准条形码的参考数据库。此外,即使基于基因组浅层测序数据,杜鹃花属仍有很多物种不能成功鉴定,造成杜鹃花属物种鉴定率較低的主要原因为該类群发生过辐射演化,大量物种在的地史時期形成,加上物種間的自然雜交和漸滲頻繁發生等。據此,研究再次強化了核基因組數據在物種鑒定中的重要性。 

  該研究成果以Testing genome skimming for species discrimination in the large and taxonomically difficult genus Rhododendron”爲題在線發表于國際主流期刊Molecular Ecology Resources上。付超男博士和已畢業研究生莫智瓊爲論文第一作者,高連明研究員、李德铢研究員和愛丁堡植物園Peter Hollingsworth教授为论文通讯作者。該研究获得了中國科學院大科学装置开放项目(2017-LSFGBOWS-02)、國家自然科學基金(3167021391631101)、雲南省科技人才培養計劃(2017HA014)、中國科學院战略先导专项(XDB31000000)和中國科學院特别研究助理资助项目(E0295111Q1)的資助。 

  文章鏈接 

 

1 基于質體基因組數據建立的杜鵑屬物種最大似然樹。背景顔色代表杜鵑屬的8個組,分支顔色代表支持率範圍。 

(責任編輯:李雪)

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