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華南植物園在棕櫚科屬級層面系統(tǒng)發(fā)育基因組學研究獲進展
近年來，系統(tǒng)發(fā)育基因組學(Phylogenomics)的廣泛應用為眾多疑難生物類群系統(tǒng)關系的解析提供了極大幫助，進一步深化了人們對于“生命之樹”(Tree of Life)的理解與認識。對于被子植物(有花植物)類群，大量系統(tǒng)發(fā)育基因組學研究的開展使得目與科級水平的系統(tǒng)關系不斷解析并逐漸穩(wěn)定，然而對于科下屬級水平的研究還存在較大欠缺，尤其對于被子植物中的一些大科，目前相關研究主要集中于對亞科與族水平的代表類群取樣，在屬級層面廣泛取樣的研究還較少，尤其對于大科類群在屬級層面近乎全面取樣的研究還鮮見報道。因此，對被子植物大科類群在屬級層面進行深入的系統(tǒng)發(fā)育基因組學研究依然是探討被子植物“生命之樹”的重要內容。
棕櫚科(Arecaceae)隸屬于被子植物單子葉鴨跖草分支(Commelinid monocots)，包含約181屬2600余種，是具有重要經濟、文化及生態(tài)價值的大科。該科數(shù)百個物種在全球不同地區(qū)作為人類食物、生產原料或藥材等廣泛使用，該科類群也因普遍具有優(yōu)良的園藝觀賞價值在全世界尤其熱帶亞熱帶地區(qū)大量栽培。此外，該科超過90%的物種分布于熱帶雨林地區(qū)，亦是探討熱帶雨林生物多樣性起源演化問題的理想對象。由于該科社會關注度高，長期以來吸引了眾多研究者的關注，關于該科類群的系統(tǒng)分類學研究長期且持續(xù)開展，不斷增進人們對該科類群在系統(tǒng)演化及分類學等方面的認識，然而到目前為止該科在族層面的系統(tǒng)發(fā)育框架依然未能得到很好解決，屬級層面系統(tǒng)關系的解析更是如此。
中國科學院華南植物園葛學軍研究員與華南農業(yè)大學姚綱博士、英國邱園William J. Baker博士等多家單位研究人員展開合作，基于葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學研究手段，采用葉綠體基因組83個編碼區(qū)序列聯(lián)合矩陣以及83個編碼區(qū)序列和22個非編碼序列聯(lián)合矩陣對棕櫚科178屬(占該科所有屬的98.3%) 276種的系統(tǒng)關系進行了研究。結果表明：(1)基于葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學手段能有效解決棕櫚科系統(tǒng)關系，該科所有5亞科、28族以及絕大部分屬間關系均得到解決并獲得了很高支持;2)增加部分非編碼區(qū)序列數(shù)據(jù)能有效提高棕櫚科眾多節(jié)點的系統(tǒng)發(fā)育關系解析度;(3)參考所得葉綠體系統(tǒng)發(fā)育框架，棕櫚科目前所界定的亞科、族以及眾多亞族均獲得了支持，但該科之中最大的族檳榔族(Areceae)之中多個亞族的單系性未能獲得支持，有待進行新的分類處理;(4)對于棕櫚科中目前在亞族水平尚未進行分類處理的多個屬，其系統(tǒng)位置得以確定，為其在亞族水平的分類處理提供了系統(tǒng)發(fā)育依據(jù);(5)將本研究所得棕櫚科葉綠體系統(tǒng)發(fā)育框架與前人已報道的該科核基因系統(tǒng)發(fā)育框架相比，該科之中眾多節(jié)點關系高度一致，但同時在族、亞族及屬等層面也有不少節(jié)點存在明顯的核-質沖突(Nuclear-plastid discordance)現(xiàn)象，初步推測可能與雜交(Hybridization)或不完全譜系分選(Incomplete lineage sorting)等進化事件有關。
該項目基于對棕櫚科在屬級層面近乎全面的取樣并采用葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學分析，獲取了該科在屬級層面系統(tǒng)關系得到高度解析的系統(tǒng)發(fā)育框架，增進了對該科類群“生命之樹”的理解，為該科在后續(xù)的分類學、生物地理學及生物多樣性起源演化等方面的研究提供了堅實的系統(tǒng)發(fā)育框架，亦為從近乎全屬層面進行取樣對被子植物大科類群開展系統(tǒng)發(fā)育基因組學分析提供了案例參考。
相關研究成果發(fā)表在BMC Biology雜志上。該項目得到了中國科學院B類先導專項”、中國科學院國際合作計劃，以及中國科學院生物資源計劃等項目的資助。
論文鏈接：https://rdcu.be/c665m
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