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Saturday, October 21, 2017

樟科鳄梨属群系统发育与生物地理学研究取得新进展

Posted by 建华 on 2014 年 8 月 10 日

樟科鳄梨属群植物是新、旧世界热带与亚热带森林群落中一个重要的被子植物基部类群,在樟科中的系统位置相当于族,共包含七个属:油丹属(Alseodaphne)、Apollonias属、檬果樟属(Caryodaphnopsis)、莲桂属(Dehaasia)、润楠属(Machilus)、赛楠属(Nothaphoebe)、鳄梨属(Persea)和楠属(Phoebe),约400~450种,主要分布于亚洲的热带至亚热带地区,但约有1/4的种类分布于美洲的热带至亚热带地区。该类群植物的分类学及系统演化关系一直存在疑问,其热带、亚热带亚洲—美洲间断分布格局的成因更缺乏深入细致的研究。

中科院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学课题组博士研究生李朗在导师李捷研究员和德国汉堡大学Jens G. Rohwer教授的共同指导下,针对樟科鳄梨属群植物所存在的系统学争议和生物地理学问题,开展了全面而深入的系统发育重建和生物地理学研究工作。在研究中通过选取鳄梨属群78个物种及相关类群9个物种,使用ITS和核单拷贝功能基因LEAFY作为分子标记,重建了鳄梨属群的系统发育。同时,利用分子钟分析,对鳄梨属群的起源和属群内几次重要的分化时间进行了推测,在结合形态学,古植物学,古地质学和古气候学等多学科证据进行综合分析后,得出如下结论:(1)确定鳄梨属群为一个单系类群,属群内润楠属和楠属各为一单系类群,油丹属、莲桂属和鳄梨属为复系类群,Apollonias属与鳄梨属、赛楠属与油丹属关系密切;(2)进一步证实了花被片特征是解决鳄梨属群系统学问题最重要的形态学性状,对于属群内各类群间的界定具有重要的分类学意义;(3)根据分子钟推测结果,鳄梨属群起源于始新世早期(~55.3 mya)鳄梨族—月桂族植物在劳亚古陆上的扩散过程中;(4)鳄梨属群在始新世中期经历了两次重要的分化(~51.9 mya,~48.5 mya),其现今热带、亚热带亚洲—美洲间断分布格局是由于始新世中后期全球气候变冷导致北热带植物群(Boreotropics)向低纬度地区退缩形成的隔离所致;(5)研究还发现了鳄梨属群中出现的亚洲和美洲,美洲和大西洋Macaronesia群岛之间的少数长距离扩散事件。

此项研究无疑为今后重建一个能反映樟科鳄梨属群系统演化关系的自然系统,更深入地了解该类群植物的多样性,以及持续利用与保护该类群植物提供了坚实的系统发育研究基础。同时,为揭示新、旧世界热带与亚热带森林群落中原始被子植物类群的起源、演化和扩散提供了可靠的研究证据,为探讨这些植物类群在大时间尺度上对环境变化的响应提供了可信的实例证明。此项研究成果已于近期在植物科学(Plant Sciences)Q1学术期刊American Journal of Botany上发表(http://www.amjbot.org/cgi/content/abstract/ajb.1100006v1)。

揭示亚洲地区外来植物飞机草的入侵来

Posted by 建华 on

随着经济全球化进程的加快,生物入侵已成为全球性的社会经济和环境问题。探究外来种成功入侵的机制是制定有效管理策略的前提,而了解外来种的引入途径、次数和传播路线有利于深入理解其入侵机制。飞机草(Chromolaena odorata)是世界公认的多年生入侵性杂草,原产于中、南美洲,现已扩散至非洲、亚洲、大洋洲和西太平洋群岛的大部分热带及亚热带地区,严重威胁着入侵地本地植物的生长、生物多样性和生态安全。揭示亚洲地区飞机草的地理来源、遗传多样性水平和可能的入侵机制对生物多样性的保护具有十分重要的现实意义和科学价值。

本组余香琴博士在李巧明副研究员的指导下,对中、南美洲及亚洲地区飞机草进行了谱系地理学及居群遗传学研究。通过与生物入侵生态学组合作,获得了原产地及入侵地亚洲地区共计46个居群522个个体,在亚洲地区的取样范围跨越了南纬8°至北纬25°的广阔区域。该研究利用2个叶绿体DNA片段、1个核基因片段及6个微卫星位点对亚洲地区飞机草的可能入侵机制及路线进行了探讨。尽管根据文献记录在亚洲存在两次单独的引入,本研究结果表明亚洲飞机草均为同一种(cpDNA和nrITS)单倍型,其在亚洲的入侵很可能只存在一次由西印度群岛向亚洲的引入,而之后飞机草被传入新加坡和马来半岛可能只是亚洲内部的扩散所至。基于微卫星DNA基因分型分析的结果也同样表明,亚洲飞机草的遗传多样性极低,绝大多数个体均为占绝对的主导地位的同一种基因型,在367个个体中仅有4个个体表现出不同的基因型。通过共享的单倍型和微卫星DNA遗传成分的一致性,确定了亚洲飞机草的真正来源地可能为西印度群岛的特立尼达和多巴哥岛屿及其周边区域。本研究支持同一物种内某些基因型的入侵能力要强于其它基因型的学术观点,即亚洲飞机草目前占主导地位的基因型具有更强的入侵能力,这很可能是飞机草能够成功入侵亚洲的重要原因之一。该研究结果以Invasion genetics of Chromolaena odorata (Asteraceae): extremely low diversity across Asia为题发表于国际专业期刊Biological Invasions上。 该研究得到了中国科学院科学基金135项目(XTBG-T01),和国家自然科学基金重点项目(30830027)的资助,在此表示感谢!

唇形科香茶菜属系统发育和生物地理学研究取得新进展

Posted by 建华 on

印度板块碰撞欧亚板块和阿拉伯半岛-非洲大陆撞击欧亚板块显著改变了亚洲地区的板块构造,前者导致了青藏高原的隆升,而后者则搭建了亚洲与非洲动植物区系的交流通道。以上两大地质历史事件无疑对相关物种的分布格局产生了深远的影响。然而,到目前为止,还很少有研究利用合适的植物类群同时针对以上两个科学问题进行探讨。香茶菜属隶属于唇形科荆芥亚科罗勒族,具有重要的药用价值,该属的现代分布中心为我国的横断山脉地区(涵盖本属近70%的物种),并且在世界范围内呈现亚洲-非洲间断分布格局(非洲仅分布有2种),为科研人员理解青藏高原隆升和亚洲-非洲大陆的连接对物种起源和演化的影响提供了理想的实验材料。

本组余香琴博士在李捷研究员的指导下,对唇形科香茶菜属植物进行了系统发育和生物地理学研究。通过对香茶菜属植物集中分布地——横断山脉地区进行了为期一个多月的科学考察,同时与日本东北大学的Masayuki Maki教授和英国皇家植物园邱园的Alan J. Paton博士合作,获得了世界范围内香茶菜属的宝贵研究材料,利用不同遗传背景的DNA序列,融入唇形科的可靠化石记录,重建了香茶菜属的系统发育和生物地理演化历史,并且对该属可能的染色体进化模式进行了分析。结果表明,包含非洲两物种在内的香茶菜属为一个单系类群,属内可分为四个分支,其中非洲2个物种组成一个独立的分支。有意思的是,通过结合分子系统学的染色体进化分析显示非洲2个特有种为异源多倍体。香茶菜属约在渐新世晚期起源于青藏高原及邻近地区,随后分别发生了向东亚地区、日本和非洲的扩散事件。其中,向非洲的扩散发生于中新世早期,研究认为通过阿拉伯半岛-非洲大陆撞击欧亚板块所形成的区系交流通道而扩散至非洲能够较为合理地解释香茶菜属的间断分布格局。此外,香茶菜属绝大部分物种的分化均发生于中新世晚期,且该属物种的分化速率在这一时期之后呈现显著上升,这与目前多数学者所认同青藏高原第三阶段的剧烈隆升大致吻合,为青藏高原隆升的相关地质学假说提供了生物地理学的证据支持。

该研究结果以Phylogeny and historical biogeography of Isodon (Lamiaceae): Rapid radiation in south-west China and Miocene overland dispersal into Africa为题发表于生物进化的国际主流期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。该研究得到了中国科学院科学基金135项目(XTBG-T01),和国家自然科学基金(31370245)等项目的资助,同时得到了中国科学院昆明植物所标本馆(KUN)的大力支持,在此一并表示感谢!