作者:高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2021/7/27 18:54:01
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研究揭示互叶醉鱼草生物地理和种群历史

 

互叶醉鱼草属于玄参科醉鱼草属中唯一一种叶为互生的重要观赏植物,集中分布在喜马拉雅、横断山和黄土高原地区,是为数不多可以同时在这三大高原地区广泛分布的被子植物。近日,中科院昆明植物研究所极小种群野生植物综合保护团队联合国内外研究组,在互叶醉鱼草分布格局和种群历史研究方面取得系列进展。

喜马拉雅、横断山地区和黄土高原在海拔、地质历史与气候环境等方面差异显著,在异域物种形成与种群分化方面具有重要的促进作用。黄土高原由于水土流失、气候恶劣,植物丰富度较低,位于黄土高原的互叶醉鱼草生境片段化严重,被列入了《内蒙古珍稀濒危保护植物名录》。

为了深入解析互叶醉鱼草的分布格局、种群历史以及与适应性分化相关的基因组痕迹,科研人员获得了互叶醉鱼草高质量基因组,喜马拉雅、横断山和黄土高原地区三大区域48个居群的样本重测序和31个居群的表型与花瓣反射光谱数据。通过种群结构、种群历史、祖先种群重建以及距离隔离、适应性隔离检验、生态位分化检测等综合分析,科研人员揭示了互叶醉鱼草跨区域和区域内的分化进程。

研究结果显示,三大区域的互叶醉鱼草形成了3个独立的明显分支,完成了异域物种分化。位于黄土高原的互叶醉鱼草种群,以六盘山为分界形成了两个分支,但基因流明显,推测正处于邻域物种形成阶段。

祖先种群重建的结果表明,在互叶醉鱼草形成当前的分布格局之前,没有证据表明黄土高原种群是通过喜马拉雅或者横断山区种群扩散而来。相反,更有可能的是由分布更加广阔的互叶醉鱼草种群,经过诸如昆仑-黄河造山运动以及气候动荡、收缩形成了当前的间断分布。同时科研人员还发现,互叶醉鱼草在种子休眠和成熟以及与温度刺激、寒冷和防御相关的基因功能有显著富集,这些基因在互叶醉鱼草分化过程中的适应性分化方面起着重要作用。以上结果近日在《新植物学家》发表。

另外,与分布于黄土高原、生境破碎化严重的互叶醉鱼草不同,分布于喜马拉雅地区的互叶醉鱼草与近缘种皱叶醉鱼草、互对醉鱼草同域分布。互对醉鱼草在发表之初,根据形态推测其起源可能是互叶醉鱼草和皱叶醉鱼草天然杂交形成。

为了验证互对醉鱼草的杂交起源假说和解析亲本物种的生殖隔离特征,科研人员采集了2个杂交区、4个纯亲本居群的材料进行了7个基因片段和10个表型性状的综合分析。此外,为了检测亲本种间杂交亲和性的差异,科研人员又对引种于昆明植物园的亲本进行了人工杂交授粉实验。研究结果证实,互对醉鱼草为皱叶醉鱼草和互叶醉鱼草的自然杂交形成,且大部分是F1代,对维持亲本物种间的界限和生殖隔离起了重要作用。综合种间杂交授粉结果和自然杂交后代的母本叶绿体序列检测,支持植物学家刘易斯和克罗于1958年提出的相关假说。此项研究结果发表于《BMC植物生物学》期刊。

相关论文信息:

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17637

https:// bmcplantbiol. biomedcentral. com/articles /10.1186 /s12870-021-02909-7

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互叶醉鱼草(中科院昆明植物所供图)

 
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