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青藏高原植物进化与适应学科组在喉毛花属系统发育研究中取得新进展

2021-11-01  科技处

  喉毛花属 Comastoma (Wettstein) Toyokuni,因在花冠裂片的基部有白色流苏状副花冠而得名,隶属于龙胆科 Gentianaceae獐牙菜亚族subtribe Swertiinae。本属约15种,分布于亚洲、欧洲及北美洲,其中我国有11种,产西南、西北及北部等地区。作为植物区系起源和演化的重要中心之一,喉毛花属的物种分化也与青藏高原的地质历史、地理环境密切相关。 

  过去几十年来,该属及其属下水平的系统发育关系一直在争论之中。Yuan和Kupfer(1995)通过ITS序列对龙胆亚族进行系统发育学分析,研究结果支持龙胆演化支与假龙胆演化支的独立划分,表明喉毛花属是单系的,与喉毛花属亲缘关系最近的近缘类群并非假龙胆属。然而,何廷农与刘建全(1996)在对喉毛花属的胚胎学进行研究中提出喉毛花属与假龙胆属的亲缘关系最近,且同时也支持把喉毛花属处理为一个独立的属。Chassort等(2001)联合trnL基因内含子、trnL -trnF的基因间隔区、trnS -ycf 9 的基因间隔区及ITS 序列对獐牙菜属及其近缘类群的研究提出了肋柱花属与喉毛花属亲缘关系最近,这与Toyokuni (1961)的研究结论一致。《中国被子植物科属综论》(吴征镒和路安民,2003)指出,根据形态学特征可以判断出喉毛花属与假龙胆属关系较近,且二者是独立演化的。郗厚诚等(2014)对獐牙菜亚族的分子系统学研究提出了喉毛花属是非单系。受限于各种客观因素,目前对喉毛花属及其近缘类群系统发育关系的认识还是有限的。     

  青藏高原植物进化与适应学科组选取青藏高原地区五个喉毛花属代表性物种,包括镰萼喉毛花(Comastoma falcatum)、长梗喉毛花(C. pedunculatum)、皱边喉毛花(C. polycladum)和喉毛花(C. pulmonarium)和久治喉毛花(C. Jigzhiense)。此外,还采集了龙胆科双蝴蝶属、扁蕾属、假龙胆属和肋柱花属等11个物种作为外类群,对其叶绿体基因组进行测序和分析。基于叶绿体基因组构建的最大似然树与贝叶斯树的结构完全一致。基于蛋白质编码序列构建的最大似然树与贝叶斯树的结构也是完全一致的,喉毛花属的五个物种均聚在一个分支上,综合历史文献分析,支持喉毛花属是一个单系群,且该属与肋柱花属的亲缘关系更近。此外,研究结果也指出獐牙菜属与肋柱花属不是单系群,该问题我们在后续研究中也会继续关注。对喉毛花属的分化时间估算发现,喉毛花属在龙胆科中处于一个相对比较进化的位置上,7.71Mya左右与肋柱花属分化开来, 4.19Mya喉毛花属开始出现属下分化,首先分化出的是镰萼喉毛花,另外四个物种的分化时间比较接近。 

  该研究成果于10月28日以 Plastome sequencing reveals phylogenetic relationships among Comastoma and related taxa (Gentianaceae) from the Qinghai–Tibetan Plateau 为题发表在进化生物学期刊 Ecology and Evolution (JCR分区:Q2)上。威澳门尼斯人手机版下载安装研究生张雨和余静雅为论文共同第一作者,副研究员张发起为通讯作者。该研究得到了第二次青藏高原科学综合考察研究(2019QZKK0502)、威澳门尼斯人手机版下载安装先导专项(A类;XDA2005020405)、青海省国际合作计划(2021-HZ-807)等项目的资助。 

  论文链接:https://doi.org/10.1002/ece3.8274 

 

镰萼喉毛花

 

喉毛花属及其近缘类群的分化时间