描述全球杜鵑花屬進化史

        《中國科學報》 2021-11-09 13:45:31

        刺毛杜鵑 夏小梅攝

        (見習記者田瑞穎)近日,中科院植物研究所研究員汪小全團隊與合作者通過進化生物學和生態學等多學科方法的整合分析,揭示了全球杜鵑花屬植物的時空進化歷史和輻射進化機制。相關研究成果發表于《分子生物學與進化》。

        輻射進化或進化輻射是一種廣泛發生的物種快速多樣化模式,但生物和環境因子如何共同驅動進化輻射在特定區域的發生仍是未解之謎。杜鵑花屬是北半球最大的木本植物屬,也是典型的輻射進化類群,包含上千個物種。

        研究人員對代表杜鵑花屬所有亞屬、組和幾乎所有多物種亞組的200個物種進行了取樣,通過轉錄組測序獲得了3437個直系同源核基因,并利用這些基因的串聯和溯祖分析,構建了該屬首個高分辨率的進化樹,且重建的亞屬和組間親緣關系得到了38個母系遺傳葉綠體基因聯合分析的支持。

        他們發現,杜鵑花屬植物于早古新世起源于北方高緯度地區,然后南遷至亞熱帶高山,并跨越赤道到馬來群島等地區,且在中新世南遷至喜馬拉雅—橫斷山區和馬來群島時發生了輻射分化,導致主要分布于這些地區的常綠杜鵑組和類越橘杜鵑花組物種形成速率大幅提升。

        該研究還發現,決定該屬全球物種豐富度式樣的兩個主要生態因子是海拔和年降雨量,造山運動導致的地形異質性與亞洲季風增強導致的年降水量增加,共同驅動了該屬在喜馬拉雅—橫斷山區和馬來群島的輻射分化,地理區域間不均衡的物種多樣化導致東亞的物種多樣性顯著高于其他地區。

        研究人員又對杜鵑花屬植物的葉片比葉面積、葉片含氮量等7個性狀進行了測定和分析,發現葉片功能性狀的適應性進一步促進了該屬的輻射進化。

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