植物研究所汪小全课题组在种子植物系统发育研究中取得突破性进展
2018年6月20日,英国皇家学会学报B (Proceedings of the Royal society B)在线发表了中国科学院植物研究所汪小全研究员课题组题为《Phylogenomics resolves the deep phylogeny of seed plants and indicates partial convergent or homoplastic evolution between Gnetales and angiosperms》的研究论文,采用系统发育基因组学方法揭示了种子植物系统发育中的关键问题。
尽管分子谱系研究已经开展了数十年,但是裸子植物基部谱系关系并未曾解决,买麻藤目植物在种子植物演化中的位置也存在争议。在该研究中,作者基于裸子植物13个科和被子植物主要类群的转录组数据,采用系统发育基因组学法,重建了种子植物主要类群的系统进化树来解决这些问题。
研究中共使用来自1308个基因座位(loci)的1 296 042个核苷酸位点,采用串联法(concatenation)和溯祖法(coalescence)构建了种子植物系统发育树。研究结果发现两种方法构建的系统发育树是一致的,并且都有非常高的支持率(图1)。其中,买麻藤目(Gnetales)作为松科(Pinaceae)的姐妹类群,支持了裸子植物与被子植物的姐妹群的假说(Gnepine hypothesis)。苏铁(Cycads)和银杏是其它所有裸子植物的姐妹类群。买麻藤目分子进化速率与被子植物更相似,并且远高于其他裸子植物。这意味着,种子植物进化历史中,买麻藤目植物可能与被子植物可能经历了更相似的选择压力。而前人研究中发现的买麻藤目在种子植物系统发育树中的位置的不确定可能部分是由于这种买麻藤目与被子植物之间的趋同分子演化(Convergent molecular evolution)或者非同源相似性(homoplasy)造成的。
该研究提出了种子植物系统发育的基本框架,对未来开展种子植物,特别是裸子植物的分子和形态学研究有着重要意义。
图1: 对1308个 直系同源基因的(orthogroups)密码子第一位点和第2位点采用串联矩阵法建立的种子植物系统发育树。建树方法采用最大似然法,其中每个基因都划分为单独的分区(partition)。星号表明节点的bootstrap支持率100%。