研究揭示植物異源多倍化促進物種快速分化

近日，中國科學院華南植物園研究員康明團隊在中國科學院戰略先導專項和國家自然科學基金青年基金的支持下，研究揭示了核心長蒴苣苔亞族異源多倍體起源及快速分化機制。相關研究在線發表于《系統生物學》。楊麗華為該論文第一作者，康明為通訊作者。

全基因組復制（或古多倍化）在被子植物進化歷史中普遍存在，但是古多倍化事件在“生命之樹”上的具體分布及其對植物多樣性的影響仍不清楚。近年來，多倍化對物種形成的影響受到了廣泛的關注，但以往的研究中很少有區分不同多倍體形式（即同源多倍體和異源多倍體）對物種形成的影響，尤其是異源多倍體是否可以促進物種分化還缺乏科學的理論依據及證據支持。

苦苣苔科為唇形目的一個中等大科，包括150屬3700余種，廣泛分布于全球熱帶和亞熱帶地區。最近的分類系統將苦苣苔科分為3個亞科，7個族及24個亞族，其中長蒴苣苔亞族是該科中最大的亞族，占整個科約57%的物種多樣性。苦苣苔科植物大多數物種為狹域分布，專性生長在石灰巖、丹霞山等不同的巖石基質上，也有一些物種附生在樹上。

苦苣苔科植物還具有極其豐富的形態多樣性，尤其是其花形態高度特化，且十分艷麗，許多種類已成為新優花卉，如常見的紫羅蘭、大巖桐等。因為其特殊的生態適應性和極其豐富的形態多樣性和物種多樣性，苦苣苔科是研究物種快速分化機制（包括多倍化及雜交）的理想類群。基于已知的細胞學數據，可以推測苦苣苔科可能經歷復雜的基因組進化歷史，其染色體數目變異范圍極大，從2n=8至2n=144。但目前，對苦苣苔科基因組復制的進化歷史研究仍十分缺乏。

康明團隊利用轉錄組數據重建了苦苣苔科137個物種（包括了5個族19個亞族）的系統發育關系，結果發現存在大量的葉綠體-核基因系統發育沖突和基因樹-物種樹沖突，進一步分析發現不完全譜系分選和雜交是造成系統發育沖突的主要原因。在此基礎上，研究團隊結合全基因組和轉錄組數據，并利用綜合的分析方法，揭示核心長蒴苣苔亞族（包括長蒴苣苔亞族中除漢克苣苔屬Henckelina、鉤序苣苔屬Microchirita及齒藥苣苔屬Codonoboea以外的所有屬）經歷了一次特有的全基因組復制事件，并進一步證實該基因組復制事件是異源多倍化的結果，這一結果表明核心長蒴苣苔亞族是異源多倍體起源。結合分化時間及物種形成速率分析，發現核心長蒴苣苔亞族在經歷異源多倍化事件后其物種分化速率增加，說明異源多倍化可能促進了該類群的快速物種分化。

該研究為植物古多倍化事件如何促進物種快速形成提供了經典案例。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/sysbio/syad029