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武汉植物园在水生植物泽泻科系统发育基因组学研究中取得新进展

  泽泻科(Alismataceae)为古老的单子叶水生植物类群,包含17个属约100个物种。该科植物在世界广泛分布,因其复杂的进化历史、较高的观赏价值和生态价值等长期以来一直受到植物进化生物学家及生态学家们的关注。然而,由于该科植物形态复杂多变以及先前研究所采用的分子标记和样本采集的局限性,该科属间及属内系统发育关系及其进化历史等未能得到很好解决。 

  中国科学院武汉植物园水生植物研究中心陈进明课题组联合芬兰和巴西等有关科研人员对泽泻科植物进行了广泛取样,获得了该科所有属及大部分物种的材料。研究人员利用78个质体基因完成了泽泻科完整属级质体系统发育基因组学分析,并重新分析了该科的生物地理历史,研究结果显示泽泻科内存在三大高支持率的分支;该研究针对前人研究中系统位置一直存在争议的Helanthium,泽苔草属(Caldesia),Albidella,毛茛泽泻属(Ranalisma),Burnatia等属进行了全面深入的系统发育分析,明确了非洲单属种Burnatia应与第三分支其他温带属互为姐妹群,支持将原泽苔草属的Caldesia oligococca等物种移至Albidella属中。基于该研究所得到的可靠的系统发育框架,研究人员对泽泻科的生物地理历史进行了重新评估,发现该科可能起源于白垩纪的新热带、西古北区及旧热带地区,随后由于地理隔离和扩散事件分为三大主要分支与之前研究结果不同,研究人员推测主要的温带分支很可能于始新世时期起源于西古北区及旧热带地区,其他两大分支的共同祖先位于白垩纪晚期的新热带地区,认为长距离扩散和地理隔离很可能共同促进了该科植物现今跨洋分布模式。 

  相关研究成果以“Complete genus-level plastid phylogenomics of Alismataceae with revisited historical biogeography”为题发表在系统与进化生物学研究领域专业期刊《Molecular Phylogenetics and Evolution》上(论文链接一)。武汉植物园李治中助理研究员和芬兰图库大学的Samuli Lehtonen教授为论文并列第一作者,武汉植物园陈进明研究员为论文通讯作者,中国科学院中-非联合研究中心王青锋研究员及巴西圣卡洛斯大学Karina Martins博士参与了此项研究。以上研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)及国家自然科学基金等的支持。 

  近期,武汉植物园陈进明课题组通过对世界范围内水生植物进行广泛取样,采用组学技术对多个水生植物类群进行了系统发育基因组学研究,先后发表了多篇研究论文,例如对水鳖科(Hydrocharitaceae)海菜花属(Ottelia Pers.)(Li et al., 2020, Molecular Phylogenetics and Evolution, 152106939;论文链接二)、雨久花科(Pontederiaceae)雨久花属(Monochoria C. Presl)(Li et al., 2021Journal of Systematics and Evolution, 59: 1027-1039;论文链接三)等类群进行了系统发育基因组学研究,揭示了多个水生类群的生物地理历史,为后续水生植物进化生物学研究提供了可靠的系统发育框架。 

  论文链接一:https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107334 

  论文链接二:https://doi.org/10.1016/j.ympev.2020.106939 

  论文链接三:https://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.12744 

图 泽泻科系统发育重建及分化时间

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