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研究人员构建被子植物科级水平迄今最完整的“生命之树”

作者:上海盎真科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-11-04 17:49:25

被子植物,也称为开花植物,约有 300,000 种。它们是种子植物门中最多样化、分布最广、适应性最强的陆生植物亚门。早白垩世被子植物的兴起重塑了全球陆地植被和生态系统格局,也为昆虫、双爬物、鸟类和哺乳动物的多样性提供了栖息地、食物和能源。自达尔文进化论提出以来,被子植物生命之树的重建一直是植物学研究的热点问题。近30年来,随着分支系统学和分子系统学的兴起,被子植物系统发育的研究不断取得进展。从一开始,被子植物细分为基于形态和解剖特征的单子叶植物和双子叶植物。 1998年在分子系统发育研究成果的基础上提出的APG系统(没有分类或子分类的项目级系统)的二分法。近年来,随着被子植物进化的巨大进步,APG系统也更新到第四版(APG IV)并被广泛采用。然而,被子植物一些主要分支之间的系统发育关系仍不清楚。比如,八大支部之间的关系就没有很好的解决。核心被子植物(Mesangiospermae)的五个分支之间的关系尚不清楚。层级与师级之间的系统发育关系亟待解决。



以中国科学院昆明植物研究所研究员李德柱为首的庞大研究团队,多年来一直致力于被子植物系统发育研究。团队依托国家重大科技基础设施“中国西南野生动物种质库”,通过与佛罗里达大学、德克萨斯植物研究所、西雅图华盛顿大学、皇家植物园邱园等合作爱丁堡皇家植物园、南非约翰内斯堡大学和澳大利亚科廷大学。大学等机构在全球范围内合作开展了家庭层面的被子植物综合采样,并通过合作研究取得了一系列研究成果。继2019年《自然植物中被子植物起源与早期进化重要成果》(PPA)发表后,开展了最完整的科级被子植物样本系统发育研究。研究以裸子植物8目12科77属162种为外群,选取APG IV系统识别的被子植物416科和被子植物系统发育网站接受的17科,覆盖全部433科2024属4660个物种,4792 80 个叶绿体基因组基因,构建了迄今为止最完整的被子植物科级“生命之树”。



本研究以2019年被子植物叶绿体系统发育树为基础,新增73个叶绿体基因组数据,基于叶绿体系统发育树2.0(PPA II)构建被子植物。对植物科水平的系统发育关系进行了深入分析,75%以上的目及以上的关系和78%以上的科级及以上的关系得到90%以上的统计支持。研究建议在原有的基础上,所有被子植物应由原来的64目调整为68目,即将菖蒲科、槐科、钉螺科、槭科4科划分为四个目,分别为菖蒲目、花目目、齿壳目,和萨比亚莱斯。被子植物的 20 个主要分支被视为超级眼睛。被子植物的8个主要分支,包括基部ANA期的Amborellales、Nymphaeales和Austrobaileyales,以及核心被子植物的5个主要分支Chloranthales和magnoliids)、单子叶植物(monocots)、Ceratophyllales(Ceratophyllales)和) 系统关系的深入研究表明,核心被子植物在分化的早期可能会经历快速的辐射演化。除针叶针、虎耳草、杜鹃花、唇形目等几个目发生辐射分化外,以及大王花科叶绿体基因可能完全丢失,其余4个叶绿体基因严重丢失。 , Mitrastemonaceae 和 Thismiaceae, 大多数目和科水平之间的系统发育关系已经得到很好的分析,预计 APG IV 系统将得到全面更新。



10月29日,该研究成果在线发表在国际生物期刊BMC Biology上。该研究被授予中国科学院战略性领先技术重大专项、中国科学院重大科技基础设施开放研究项目、国家自然科学基金重点国际(区域)合作研究项目、专项科技基础资源调查、种质资源开放研究项目、国家自然科学基金项目、中科院青年促进会、云在零陵高端外国专家项目支持下,通过昆明植物所iFlora研究项目启动前期工作.

被子植物级生命树示意图,显示所有68个目和20个超目(I-XX)的系统发育关系


图 2:被子植物科级水平生命树示意图,显示了所有 20 个超目 433 个科的系统发育关系,其中 5 个用虚线连接(Apodanthaceae、Balanophoraceae、Mitrastemonaceae)、Rafflesiaceae 和 Thismiaceae)原始研究成果。

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