植物学年鉴:山茶科古代杂交事件和全基因组加倍研究进展

来源：昆明植物研究所2022年2月21日08:05

山茶科属于被子植物紫菀杜鹃属，由3科9属300余种组成。该科植物多为具有生态和经济价值的灌木和乔木。其中木荷属为亚洲特有属，约有20种。该属植物多为森林建群种和乔木层优势种。木荷林是以木荷为优势种，其他典型常绿阔叶树种组成的，是我国中亚热带地区常见的常绿阔叶林类型。山茶花约有120种，其中我

山茶科属于被子植物紫菀杜鹃属，由3科9属300余种组成。该科植物多为具有生态和经济价值的灌木和乔木。其中木荷属为亚洲特有属，约有20种。该属植物多为森林建群种和乔木层优势种。木荷林是以木荷为优势种，其他典型常绿阔叶树种组成的，是我国中亚热带地区常见的常绿阔叶林类型。山茶花约有120种，中国长江以南的亚热带地区是其现代分布中心。该属包含许多重要的林木种质资源，如香椿是天然保健饮品之一，油茶是世界四大木本油料植物之一，日本香椿和日本山楂树。开展山茶科植物分类学和分子系统学的研究，可以为有效保护和合理开发利用山茶科优质种质资源提供科学的理论依据。

中国科学院昆明植物研究所“植物分类与进化”专项研究组围绕唇形科、山茶科、禾本科等东亚特征成分开展植物分类学、生物地理学和进化研究。前期，研究组副研究员于利用叶绿体基因组数据构建了该科的系统发育框架，并在此基础上探讨了东亚亚热带常绿阔叶林的演化历史(于等，2017，新生理学)，并在野外调查的基础上发现和报道了一些新的分类群(于等，2021，植物分类群)。在此基础上，通过与美国、哥斯达黎加和中国多位学者的合作，收集了涵盖山茶科全部3科9属的57种植物。通过转录组测序(RNA-seq)和低深度全基因组测序，获得了GenBank中已发表的57个物种的核基因转录本数据，即来自五色梅科、山姜属、山姜属的植物。在此基础上，利用610个低拷贝核基因(858606 bp)构建了山茶科的系统发育框架，并对分化时间、网状进化和全基因组加倍事件(WGD)进行了讨论。

结果表明，与早期基于叶绿体基因组数据的科间进化关系一致，紫茎科是山茶科的基本分支，山茶科和山茶科构成姐妹群。茭白属和大口茶属之间的亲缘关系与基于叶绿体基因组的亲缘关系一致。关于山茶属内部，结合核基因和叶绿体基因组的证据，研究认为((apterospermalaplacia)，Pyrenaria，(Camellia-Polyspora))是最可能的系统发育拓扑，但apterospermalaplacia分支的位置需要在未来的研究中用更多的数据进一步探索。网络进化分析结果表明，山茶属存在两次杂交事件，花蓟马的北美分布可能是仅分布于北美和中美洲的Gordonia祖先群与仅分布于亚洲的木荷祖先群杂交的结果。分化时间的分析将这一古杂交事件推到了渐新世晚期，这一时期存在的白令陆桥可能为植物扩散和古杂交事件在洲际间的发生提供了可能性。此外，山茶属内不存在属间杂交，澄清了以往研究中的争议。Ks峰分析表明，山茶属在进化过程中与其他类群共有两个WGD事件，即核心双子叶植物共有的At-和核心杜鹃花属共有的Ad-。与以往的一些研究结果(如陈等，2020，园艺研究)不同，该家系没有自己独特的活动。

相关结果发表在《植物学年鉴》杂志上，标题为《山茶科的物理转录：属级关系、回归和全基因组复制》。该研究得到了国家自然科学基金、中科院重大科技基础设施开放研究项目、中科院青年创新促进会和“西部之光”人才引进计划的支持。(100yiyao.com)

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