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昆明植物所解析核心十字花科植物的系统发育关系

作者:habao 来源:未知 日期:2020-10-29 10:11:37 人气: 标签:十字花科作物
导读:作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人…

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  十字花科(Brassicaceae或Cruciferae)植物约有351属3977种,是一个全球分布的自然类群,包括常见绿叶类蔬菜、油料作物油菜、园艺观赏植物香雪球等。该科有模式植物拟南芥,也是被子植物全基因组序列数据发表最多的科之一,为研究全基因组加倍、适应机制、基因功能进化等重要生物学问题提供了机会。十字花科的分类学研究历史悠久,近年来的系统学研究重新界定了十字花科族的划分,并由较早系统的19个族逐步扩增至划分为52个族。由于十字花科复杂的进化历史,且已有研究取样代表不足,核心十字花科的主要分支间以及族间的系统发育关系仍存在问题。

  中国科学院昆明植物研究所植物多样性与基因组学团队李德铢研究组依托中国西南野生生质资源库,选取核心十字花科31族71属199种以及4个未划分至族的属进行全面分析,以该科基部类群岩芥菜族中的种为外类群,包括222个叶绿体基因组数据以及235个核糖体(nr)DNA(其中106个叶绿体基因组数据以及112个nrDNA数据为该研究中新获取)。在基于nrDNA序列进行的系统发育分析中,将核心十字花科划分为4个分支,即clades a–d(图1)。该研究还基于叶绿体全基因组数据以及蛋白编码基因构建两种矩阵,移除比对存疑的区域或去除替换饱和的基因后,利用贝叶斯法以及最大似然法重建核心十字花科的系统发育关系。该研究支持将核心十字花科划分为三个高支持率的分支:Lineage Ⅰ(LI),Lineage II(LII)和Lineage Ⅲ(LⅢ),其中LⅠ与LⅡ + LⅢ构成姐妹群(图2和3)。该研究将有争议的LⅡ分支解析为单系分支,阐明一些难以解析的深度分支的系统发育关系,确定双盾荠族为该分支最早分化的类群,岩荠族与高河菜族+含生荠族互为姐妹类群(图3)。LⅢ分支与基于nrDNA序列研究划分的clade d分支表现出高度的一致性,两组数据集的分析结果都支持离子芥族、花旗杆族以及鸟头荠族为并系类群。此外,该研究综合比较核质之间的系统发育关系,发现大量的冲突节点,进一步十字花科经历复杂的进化历史,为十字花科的起源与进化历史提供研究基础。另一方面,该研究还发现叶绿体编码基因rps16的丢失可能是南芥族和庭芥族的共衍征(图2)。

  图3.核心十字花科基于叶绿体77个编码基因构建的最大似然法树以及其它相关研究对十字花科主要分支划分比较图(族级水平)

  十字花科(Brassicaceae或Cruciferae)植物约有351属3977种,是一个全球分布的自然类群,包括常见绿叶类蔬菜、油料作物油菜、园艺观赏植物香雪球等。该科有模式植物拟南芥,也是被子植物全基因组序列数据发表最多的科之一,为研究全基因组加倍、适应机制、基因功能进化等重要生物学问题提供了机会。十字花科的分类学研究历史悠久,近年来的系统学研究重新界定了十字花科族的划分,并由较早系统的19个族逐步扩增至划分为52个族。由于十字花科复杂的进化历史,且已有研究取样代表不足,核心十字花科的主要分支间以及族间的系统发育关系仍存在问题。

  中国科学院昆明植物研究所植物多样性与基因组学团队李德铢研究组依托中国西南野生生质资源库,选取核心十字花科31族71属199种以及4个未划分至族的属进行全面分析,以该科基部类群岩芥菜族中的种为外类群,包括222个叶绿体基因组数据以及235个核糖体(nr)DNA(其中106个叶绿体基因组数据以及112个nrDNA数据为该研究中新获取)。在基于nrDNA序列进行的系统发育分析中,将核心十字花科划分为4个分支,即clades a–d(图1)。该研究还基于叶绿体全基因组数据以及蛋白编码基因构建两种矩阵,移除比对存疑的区域或去除替换饱和的基因后,利用贝叶斯法以及最大似然法重建核心十字花科的系统发育关系。该研究支持将核心十字花科划分为三个高支持率的分支:Lineage Ⅰ(LI),Lineage II(LII)和Lineage Ⅲ(LⅢ),其中LⅠ与LⅡ + LⅢ构成姐妹群(图2和3)。该研究将有争议的LⅡ分支解析为单系分支,阐明一些难以解析的深度分支的系统发育关系,确定双盾荠族为该分支最早分化的类群,岩荠族与高河菜族+含生荠族互为姐妹类群(图3)。LⅢ分支与基于nrDNA序列研究划分的clade d分支表现出高度的一致性,两组数据集的分析结果都支持离子芥族、花旗杆族以及鸟头荠族为并系类群。此外,该研究综合比较核质之间的系统发育关系,发现大量的冲突节点,进一步十字花科经历复杂的进化历史,为十字花科的起源与进化历史提供研究基础。另一方面,该研究还发现叶绿体编码基因rps16的丢失可能是南芥族和庭芥族的共衍征(图2)。

  相关研究以Resolving robust phylogenetic relationships of core Brassicaceae using genome skimming data为题,在线发表在Journal of Systematics and Evolution()上。该研究团队刘良敏硕士为论文第一作者,研究员李德铢为论文通讯作者。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(B类)的资助,研究工作得到国家重大科技基础设施中国西南野生生质资源库采集、保藏、生物学实验和分析平台的支持。

  图3.核心十字花科基于叶绿体77个编码基因构建的最大似然法树以及其它相关研究对十字花科主要分支划分比较图(族级水平)孙俪被包养

  

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