被子植物又稱有花植物，約有30萬種，是種子植物門物種多樣化程度最高、分布最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的一個陸生植物亞門。
近年來，被子植物演化研究取得了長足進(jìn)展，但一些主要分支間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系尚不清楚，極大地阻礙了人們對其進(jìn)化和早期多樣化的充分理解。
記者10月31日從中國科學(xué)院昆明植物研究所獲悉，近期，中外科學(xué)家通力協(xié)作，構(gòu)建起了被子植物科級水平最為完整的“生命之樹”，為未來被子植物的進(jìn)化研究提供了堅實的基礎(chǔ)。
重建被子植物“生命之樹”是一大熱點問題
“被子植物是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分。早白堊紀(jì)被子植物的崛起，重塑了全球陸地植被和生態(tài)系統(tǒng)格局，也為昆蟲、兩棲爬行類、鳥類和哺乳動物的多樣化提供了棲息地、食物和能量來源。”中國科學(xué)院昆明植物研究所李德銖研究員介紹，自達(dá)爾文進(jìn)化論提出以來，重建被子植物的“生命之樹”一直是植物學(xué)研究的一個熱點問題。
近30年來，隨著分支系統(tǒng)學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)的興起，被子植物系統(tǒng)發(fā)育研究不斷取得進(jìn)展，從最初根據(jù)形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)特征將被子植物亞門分為單子葉植物綱和雙子葉植物綱的二分法到1998年基于分子系統(tǒng)學(xué)研究成果提出的不分綱或亞綱的目級系統(tǒng)。
“數(shù)十年來，被子植物家族級及以上的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系僅部分解決。通常繪制為環(huán)狀基因組的葉綠體一直是植物系統(tǒng)發(fā)育重建最重要的分子數(shù)據(jù)來源。不分綱或亞綱的目級系統(tǒng)也更新到第四版并得到廣泛采納。”昆明植物研究所副研究員馬朋飛介紹，然而，被子植物八個主干分支間的關(guān)系一直未得到很好解析，核心被子植物五大分支之間的關(guān)系仍不清楚，不少目級、科級水平的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系亟待解決。
研究覆蓋所有公認(rèn)的被子植物家族代表
中國科學(xué)院昆明植物研究所研究員李德銖帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，多年來致力于被子植物系統(tǒng)發(fā)育研究。他們依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“中國西南野生生物種質(zhì)資源庫”，通過與美國佛羅里達(dá)大學(xué)、德州植物研究所、西雅圖華盛頓大學(xué)，英國皇家植物園丘園和愛丁堡皇家植物園，南非約翰內(nèi)斯堡大學(xué)和澳大利亞科廷大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，開展了世界范圍內(nèi)被子植物科級水平的全面取樣，通過協(xié)同攻關(guān)，取得了系列研究成果。
繼2019年在《自然·植物》發(fā)表被子植物的起源與早期演化研究的重要成果后，這個團(tuán)隊又開展了被子植物科級水平最完整取樣的系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究。
“研究以裸子植物8個目12科77屬162種為外類群，選取不分綱或亞綱的目級系統(tǒng)第四版承認(rèn)的被子植物416個科，以及被子植物系統(tǒng)發(fā)育網(wǎng)站認(rèn)同的17個科，覆蓋全部433科2024屬4660種4792個葉綠體基因組的80個基因，構(gòu)建了被子植物科級水平最為完整的‘生命之樹’。”李德銖說。
在2019年被子植物葉綠體系統(tǒng)發(fā)育樹的基礎(chǔ)上，研究新增了73個科的葉綠體基因組數(shù)據(jù)，構(gòu)建了被子植物基于葉綠體系統(tǒng)發(fā)育樹2.0版，對被子植物科級水平的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行了深度解析，其中75%以上的目間及其以上的關(guān)系和78%科級及其以上的關(guān)系得到90%或更高的統(tǒng)計支持。
對被子植物的八大主干分支，包括基部的無油樟目、睡蓮目和木蘭藤目，以及核心被子植物五大分支系統(tǒng)關(guān)系的深入研究表明，核心被子植物在分化早期可能發(fā)生了快速輻射演化。除了幾個發(fā)生了輻射分化的葉綠體基因可能完全丟失的大花草科，以及異養(yǎng)植物科、蛇菰科、帽蕊草科等4個葉綠體基因嚴(yán)重丟失的科外，大部分目級和科級水平的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系得到了很好的解析，有望全面更新不分綱或亞綱的目級Ⅳ系統(tǒng)。
“新的研究，清楚地闡明了諸多深層的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，特別是那些處于和高于家族水平的關(guān)系。所提出的可靠的系統(tǒng)發(fā)育樹，必將有助于未來被子植物的進(jìn)化研究。”李德銖說。
10月29日，此項研究成果在國際生物學(xué)重要期刊《BMC生物學(xué)》上在線發(fā)表。
趙漢斌
（科技日報昆明10月31日電）
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