研究揭示核心长蒴苣苔亚族异源多倍体起源及快速分化

来源：华南植物园 2023-05-29 11:11

全基因组复制（或古多倍化）在被子植物进化历史中普遍存在，但古多倍化事件在 生命之树 上的具体分布及其对植物多样性的影响尚不清楚。多倍体一般存在同源多倍体和异源多倍体两种形式。同源多倍体是指同一个体内的基因组自我复制或同一个物种内不同个体间的杂交并导致基因组加倍，而异源多倍体是指不同物种间杂交并导致基因组加倍。相比同源多倍体，异源多倍体的基因组通常表现出更高的可变异性。因此，理论上异源多倍体可能具有更高的进化潜力。近年来，多倍化对物种形成的影响备受关注，但以往研究少有区分不同多倍体形式（即同源多倍体和异源多倍体）对物种形成的影响，尤其是异源多倍体是否可以促进物种分化仍缺乏科学的理论依据与证据支持。

苦苣苔科（Gesneriaceae）为唇形目的一个中等大科，包括150属3700余种，广泛分布于全球热带和亚热带地区。最近的分类系统将苦苣苔科分为3个亚科、7个族及24个亚族，其中，长蒴苣苔亚族（Didymocarpinae）是该科中最大的亚族，占整个科约57%的物种多样性。苦苣苔科植物多数物种为狭域分布，专性生长在石灰岩、丹霞山等不同的岩石基质上，也有一些物种附生在树上。此外，苦苣苔科植物具有丰富的形态多样性，尤其是它的花形态高度特化且艳丽。许多种类已成为新优花卉如常见的紫罗兰、大岩桐等。因特殊的生态适应性和丰富的形态多样性和物种多样性，苦苣苔科是研究物种快速分化机制（包括多倍化及杂交）的理想类群。基于已知的细胞学数据可推测苦苣苔科可能经历复杂的基因组进化历史。它的染色体数目变异范围大，从2n=8至2n=144。目前，尚缺乏关于苦苣苔科基因组复制的进化历史的研究。

中国科学院华南植物园康明研究团队利用转录组数据重建了苦苣苔科137个物种（包括5个族、19个亚族）的系统发育关系（图），发现了存在大量的叶绿体-核基因系统发育冲突和基因树-物种树冲突，进一步分析发现了不完全谱系分选和杂交是造成系统发育冲突的主要原因。在此基础上，该团队结合全基因组和转录组数据，并利用综合的分析方法，揭示核心长蒴苣苔亚族（包括长蒴苣苔亚族中除汉克苣苔属Henckelina、钩序苣苔属Microchirita及齿药苣苔属Codonoboea以外的所有属）经历了一次特有的全基因组复制事件，并证实该基因组复制事件是异源多倍化的结果，这表明核心长蒴苣苔亚族是异源多倍体起源。研究结合分化时间和物种形成速率分析，发现核心长蒴苣苔亚族在经历异源多倍化事件后其物种分化速率增加，说明异源多倍化可能促进了该类群的快速物种分化。

近日，相关研究成果在线发表在《系统生物学》（Systematic Biology）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家青年科学基金项目和华南植物园青年人才专项的支持。