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昆明植物所等在蔷薇类系统发育基因组学研究中取得进展

2016.7.13

　　蔷薇类（rosids）和菊类（asterids）是真双子叶植物的两个主干分支，其中蔷薇类包括17个目，140个科，约70,000个物种，呈现了丰富的形态多样性，并具有重要的经济价值。近十几年以来，对叶绿体基因序列的分析支持蔷薇类分为豆类分支和锦葵类分支。其中，豆类分支包括固氮支系（由葫芦目Cucurbitales、壳斗目Fagales、豆目Fabales和蔷薇目Rosales组成），COM支系（卫矛目Celastrales、酢浆草目Oxalidales和金虎尾目Malpighiales），以及蒺藜目Zygophyllales；锦葵类分支包括十字花目Brassicales、锦葵目Malvales、无患子目Sapindales、燧体木目Crossosomatales、美洲苦木目Picramniales、十齿花目Huerteales、牻牛儿苗目Geraniales和桃金娘目Myrtales等8个目。然而，叶绿体基因是单亲遗传。因此，利用双亲遗传的核基因来探求这些祖传系的进化关系是非常必要的。

　　近日，中国科学院昆明植物研究所郭振华研究组、李德铢研究组、伊廷双研究组与复旦大学教授马红以及美国国立博物馆史密森研究院博士张宁合作，利用36个全基因组和27个转录组（其中一个为新测序）的核基因序列对蔷薇类的系统发育关系进行了深入研究。在63个物种中确定了891个单拷贝或低拷贝的直系同源基因，然后利用串联方法和溯祖方法（concatenation and coalescence methods）推断了系统发育关系。两种方法均获得了相似的拓扑，但蒺藜目的系统位置出现冲突。通过深入的分析，研究人员发现缺失数据（missing data）和基因树异质性（gene tree heterogeneity）可能是冲突的潜在原因，特别是两者都具有非常高的比率时，串联方法可能得到错误的拓扑结构。

　　该研究利用大规模的核基因数据对蔷薇类的系统发育关系提供了新的认识，发现牻牛儿苗目和桃金娘目构成的一支是蔷薇类其余类群的姐妹群；蒺藜目位于扩展后的锦葵类基部；COM支系不是单系，这三个目属于锦葵类而不是固氮支系的姐妹群；豆类分支仅包括固氮支系，蔷薇目和葫芦目构成的一支是豆目和壳斗目构成的一支的姐妹群。同时，研究表明，溯祖方法能够较好地应对高的缺失数据和基因树异质性的问题，能更有效地解析蔷薇类的系统发育关系。

　　上述研究结果以Phylogenomic Analyses of Large-scale Nuclear Genes Provide New Insights into the Evolutionary Relationships within the Rosids 为题发表于进化生物学期刊Molecular Phylogenetics and Evolution。博士研究生赵磊为该论文第一作者。该研究得到国家重点基础研究发展计划（2014CB954100）和中科院昆明植物所重点部署项目（No. 2014KIB02）的资助。

　　蔷薇类新的系统发育关系图

蔷薇类发育基因组

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周锦帆