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Monday, December 11, 2017

版纳植物园建立我国首个热带森林树种DNA条形码数据库

Posted by 建华 on 2016 年 1 月 14 日

随着全球气候变化的影响及人类活动的加剧,特别是热带经济作物如橡胶等的大面积种植,西双版纳作为我国生物多样性最丰富的地区之一,目前面临严重的威胁。DNA条形码能够利用一小段DNA序列快速进行物种鉴定,为生物多样性保护提供了一个极为有效的可靠途径。

版纳植物园植物系统发育与保护生物学研究组从2008年起,对西双版纳国家级自然保护区内不同植被类型的热带森林开展了区域DNA条形码研究。从隶属于76科、259属、655树种的2052个个体中获得了rbcL、matK、trnH-psbA和ITS四个DNA条形码片段的5583条序列;利用BLAST方法,结合传统形态学观察及专家鉴定,发现并纠正了野外鉴定错误的99个个体。此外,研究发现作为国际植物DNA条形码联盟推荐的标准条形码的rbcL和matK,对西双版纳热带森林乔木树种的鉴别能力有限,而补充条码ITS虽然受到测序成功率不高的限制,但其树种鉴别能力最高,进而建议将其与trnH-psbA联合共同列为西双版纳地区热带森林树种的DNA条形码;与世界其它热带地区相比,西双版纳地区DNA条形码的树种鉴别能力较低,推测可能与物种组成及共存种之间的差异有关。

本项研究首次建立了我国热带森林树种的DNA条形码数据库,为生物多样性的大尺度调查提供了有力的工具,促进了系统发育群落生态学等相关学科的快速发展;同时,为进一步对该地区开展系统发育多样性的评估和自然保护区合理有效的规划,以及珍稀濒危物种的保护提供了可能,为群落系统发育进化树的构建和外来入侵种的快速鉴定提供了重要的基础数据。

研究成果以Application of DNA Barcodes in Asian Tropical Trees – A Case Study from Xishuangbanna Nature Reserve, Southwest China为题发表在PLoS ONE上。

本项目受到科技部科技基础性工作专项(2012FY110400)的资助。

DNA 条形码在西双版纳热带地区四个样地的表现

DNA 条形码在西双版纳热带地区四个样地的表现

樟属群植物系统发育和生物地理研究取得新进展

Posted by 建华 on

全球约有三分之二的有花植物集中分布于洲际间断分布的热带地区,其中热带美洲有着全球最高的物种丰富度,其次是热带亚洲。分布于热带美洲和热带亚洲的很多生物类群呈现出热带环太平洋间断分布的格局。目前这两大生物多样性富集区正面临着巨大危机已是全球性的共识,而开展热带环太平洋间断分布格局成因与机制的探讨,将有助于分析新、旧世界热带森林群落的演化历史,探究新、旧世界热带生物多样性空间格局形成的历史过程,在全球的空间尺度上揭示森林群落对全球环境变化的响应。

樟属群包含了樟属(Cinnamomum)在内的四个属的植物,全球约有350余种。除分布于非洲的一种之外(Ocoteaikonyokpe),其余物种均分布于洲际间断分布的太平洋两岸热带地区,部分物种在亚洲的分布扩展到亚热带地区,是热带和亚热带常绿阔叶林的建群树种之一。版纳植物园植物系统发育与保护生物学研究组的博士研究生黄建峰在李捷研究员的指导下,联合澳大利亚、美国和德国等多国学者,选取了来自75个樟属群物种的94个样本,涵盖了樟属群植物的整个分布区,对该类群植物的系统发育和生物地理学问题开展了深入研究。得出以下主要结果和结论:1)樟属群植物包含有三个高度支持的单系分支,且基本对应于亚洲的樟组、肉桂组和美洲樟属类群;2)来自非洲的Ocoteaikonyokpe和澳洲樟属植物均聚在亚洲樟属肉桂组中,而来自热带美洲的AioueaMocinnodaphne样本与美洲樟属聚为一支;3)樟属群起源于距今约55个百万年前的劳亚古陆,正值北热带植物群兴盛时期,此时樟属群植物可以通过白令海峡或北大西洋陆桥在欧亚古陆和北美大陆之间进行扩散传播;4)发生在距今约50至48个百万年前的第三纪第一次全球降温过程导致了北美大陆和欧亚大陆樟属群植物发生隔离,而发生在距今约42至38个百万年前的第三纪第二次全球降温过程,导致了非洲Ocoteaikonyokpe与亚洲樟属的隔离分化;5)在全球降温变冷的过程中,作为热带、亚热带植物成分的樟属和樟属群植物向低纬度迁移,从高纬度消失,并在向低纬度南迁的过程中,发生了多次进入南美和一次进入澳洲的扩散事件,长距离扩散在其中可能发挥着关键作用。在长距离扩散过程中,取食樟属群植物肉质果实的鸟类可能扮演者重要角色;6)很多被放入樟属的叶化石,尤其是晚白垩纪的樟属叶化石,仅仅依靠叶化石的叶脉特征而归入樟属并不可靠。本研究证明,全球气候变迁,北热带植物群的兴盛、衰落和瓦解,以及生物类群的长距离扩散,最终塑造了樟属群的现代分布区;而樟属的化石记录显示其在早第三纪曾有一个广布北半球的古老分布区,其现代分布区只是其古老分布区的孑遗。

该研究是在国家自然科学基金(31370245和31200167)的支持下完成。相关结果以Origins and evolution of cinnamon and camphor: a phylogenetic and historical biogeographical analysis of the Cinnamomum group (Lauraceae)为题,发表在国际专业学术期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。

基于ITS+LEAFY+RPB2联合矩阵BEAST分析得到的系统发育树

基于ITS+LEAFY+RPB2联合矩阵BEAST分析得到的系统发育树