揭示溫帶竹類復雜的演化歷史

中國科學院昆明植物研究所網站19日發布消息：該所李德銖和郭振華研究團隊結合雙酶切位點相關的簡化基因組測序(ddRAD-seq)和淺層測序技術，選取了32屬200種213個個體構建了溫帶竹類的系統發育框架，并在此基礎上結合多樣化分析、關鍵性狀演化分析等結果，揭示了溫帶竹類復雜的演化歷史。

作為竹亞科三個族之一的青籬竹族(Arundinarieae)，即溫帶竹類，是一個自然的單系分支。該分支包含35屬約580種，包括了具有重要經濟價值的毛竹，觀賞價值極佳的紫竹、湘妃竹、方竹、筇竹和箬竹等，及大熊貓在自然生境中的全部主食竹種。該類群開花周期長達幾年甚至120年，難以獲得具花標本，加上營養體形態特征高度復雜和多樣化，從而導致溫帶竹類物種界定困難，屬間關系爭議很大。

圖為基于ddRAD數據構建的溫帶竹類系統發育樹。中國科學院昆明植物研究所提供

前期研究表明，溫帶竹類具有復雜的異源多倍化起源和可能的近期輻射演化歷史?；谌~綠體全基因組數據的研究將溫帶竹類劃分為12個主要的支系，但在亞族和屬的水平上都與經典分類存在明顯的沖突。

在李德銖和郭振華研究團隊構建的溫帶竹類的系統發育框架中，屬間關系得到較好解決：紀如竹分支(Hsuehochloa)最早分化，由懸竹屬(Ampelocalamus)、鐮序竹屬(Drepanostachyum)和須彌筱竹屬(Himalayacalamus)構成的ADH分支(the ADH lineage)其次，隨后分化的是貢山竹分支(Gaoligongshania)，剩余的類群可以按照地下莖類型劃分為假鞭分支(the pachymorph lineage)和真鞭分支(the leptomorph lineage)。

進一步比較發現，基于葉綠體全基因組數據構建的系統樹和ddRAD樹具有強烈的沖突，檢測出了65對沖突的系統關系。推測溫帶竹類的葉綠體基因和核基因有著不同的進化歷史和復雜的網狀進化關系，并推測不完全譜系分選和雜交事件是導致該類群網狀進化的主要原因。

圖為溫帶竹類分化速率圖。中國科學院昆明植物研究所提供

此外，分子鐘時間估算和多樣化分析結果顯示，溫帶竹類的干群發生于晚始新世至早漸新世，冠群于早中新世(18.73或20.96百萬年前)開始分化，內部各主要支系在3.45個百萬年內快速分化完成。結果支持在中新世中期溫帶竹類分別有一次譜系快速積累過程和分化速率的急劇上升事件(每百萬年0.96種)，推測青籬竹族的快速分化與中新世中期東亞季風的加強聯系緊密。性狀演化分析推斷出地下莖類型的祖征為無假鞭的合軸型，具假鞭的合軸散生型地下莖和具真鞭的單軸型地下莖分別有兩次獨立的起源。真鞭類型的地下莖可能代表了一個關鍵創新性狀的產生，其在11個百萬年前出現，竹鞭的延伸能力大大加強，并在地下形成龐大的營養網絡，極大促進了竹子擴散和定植至不同生境的能力。

該研究對于揭示溫帶竹類的輻射與網狀演化具有重要的科學意義，為青籬竹族的亞族新分類系統的提出提供了強有力的支撐，對進一步研究該類群物種多樣性的形成和網狀演化機制打下了堅實的基礎，也為利用系統發育基因組學解決其它古多倍化起源的輻射演化植物類群的系統發育關系提供了一個典型案例。

相關研究成果于近期在國際演化生物學頂級期刊Systematic Biology在線發表。

標簽： 演化