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科研進(jìn)展
伊廷雙研究組在豆科分類和含羞草分支葉綠體基因組學(xué)研究取得新進(jìn)展 文章來源: | 發(fā)布時間:2017-03-04 | 作者:王銀環(huán)、伊廷雙 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 豆科是被子植物第三大科,約有765屬19500種。豆科植物世界廣布,形態(tài)和生活型高度多樣。豆科的經(jīng)濟(jì)價值僅次于禾本科,但豆類植物是人類最重要的植物蛋白質(zhì)來源,在某些貧困地區(qū)甚至是唯一的蛋白質(zhì)來源。豆科植物中約88%的種具有根瘤固氮功能,為農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)提供了重要生物氮。“綠肥”的使用對減少化肥特別是氮肥的使用,改良土壤生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。 傳統(tǒng)上豆科被劃分為三亞科,即云實亞科(蘇木亞科),含羞草亞科和蝶形花亞科乃至三個獨立的科,并被廣泛接受和認(rèn)可。國內(nèi)外幾乎所有的標(biāo)本館、植物志、野外采集手冊和文獻(xiàn)中,豆科都按照三個亞科(或科)的分類系統(tǒng)來劃分的。近年來,分子系統(tǒng)學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)云實亞科為并系類群,含羞草亞科和蝶形花亞科作為單系分支嵌套在其中,傳統(tǒng)的三個亞科的分類系統(tǒng)受到了質(zhì)疑。中國科學(xué)院昆明植物研究所伊廷雙研究員作為成員參加的國際豆科系統(tǒng)發(fā)育工作組(Legume Phylogeny Working Group,即LPWG)基于葉綠體matK序列數(shù)據(jù),構(gòu)建了一棵迄今為止取樣最全(約91%的屬和20%的種)的豆科系統(tǒng)發(fā)育樹,并結(jié)合形態(tài)證據(jù),提出了六個亞科的新分類系統(tǒng)。該分類系統(tǒng)中,僅原蝶形花亞科PapilionoideaeDC.被保留;原含羞草亞科不復(fù)存在,而成為新云實亞科Caesalpinioideae DC.一個分支mimosoid clade;除保留在新云實亞科中的類群,原云實亞科其余四個分支新擬為四個亞科:即紫荊亞科Cercidoideae LPWG (stat. nov.)、甘豆亞科Detarioideae Burmeist.、酸欖豆亞科Dialioideae LPWG (stat. nov.)和山姜豆亞科Duparquetioideae LPWG (stat. nov.)。新的分類系統(tǒng)對豆科分類學(xué)、基因組學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究將會產(chǎn)生重要影響。該研究以“A new subfamily classification of the Leguminosae based on a taxonomically comprehensive phylogeny”為題發(fā)表在Taxon上(http://chinesesites.library.ingentaconnect.com/contentone/iapt/tax/2017/00000066/00000001/art00004)。 豆科是被子植物葉綠體基因組經(jīng)歷重大結(jié)構(gòu)變化的幾個分支之一。先前的研究由于取樣有限,一般認(rèn)為結(jié)構(gòu)變化主要發(fā)生在原蝶形花亞科中,原云實亞科和含羞草亞科的葉綠體基因組和大多數(shù)其它被子植物一樣具有保守的結(jié)構(gòu)。然而,近來有研究發(fā)現(xiàn)原含羞草亞科的一些種也存在葉綠體結(jié)構(gòu)變異。近期,中國科學(xué)院昆明植物研究所中國西南野生生物種質(zhì)資源庫伊廷雙研究組與李德銖研究組和王紅研究組合作,對原含羞草亞科三個族14屬14種的葉綠體進(jìn)行了深入的研究,結(jié)果表明:1)先前被報道的反轉(zhuǎn)重復(fù)序列(IR)往小單拷貝區(qū)(SSC)13 kb的擴(kuò)張廣泛存在印加族和狹義金合歡屬,并且是這兩個類群構(gòu)成的分支的共衍征;2)一些種的IR在大單拷貝區(qū)(LSC)一端經(jīng)歷了擴(kuò)張和收縮,clpP基因發(fā)生了復(fù)制和內(nèi)含子的丟失以及rps18基因發(fā)生了反轉(zhuǎn)等;3)基因從單拷貝區(qū)轉(zhuǎn)移到IR區(qū)后,替換速率顯著下降。此外,還發(fā)現(xiàn)含羞草分支區(qū)段的序列分化有很大的差異,葉綠體基因組能有效解決含羞草分支的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。該研究為進(jìn)一步研究含羞草分支乃至整個豆科系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)提供了重要基礎(chǔ)。研究結(jié)果以“Plastomes of Mimosoideae: structural and size variation, sequence divergence, and phylogenetic implication”為題發(fā)表在Tree Genetics & Genomes上(http://link.springer.com/article/10.1007/s11295-017-1124-1)。研究得到了國家科技部基礎(chǔ)研究專項(No. 2013FY112600)、國家重大科學(xué)研究計劃項目(2014CB954100)和云南省人才項目(No. 2011CI042)的資助。 圖1、豆科六個亞科分類系統(tǒng)框架圖 圖2、含羞草分支葉綠體基因組反轉(zhuǎn)重復(fù)序列(IR)的擴(kuò)張/收縮 圖3、含羞草分支葉綠體基因組編碼區(qū)和非編碼區(qū)變異位點和信息位點百分比 圖4、豆科的葉綠體基因組反轉(zhuǎn)重復(fù)序列(IR)的演化模式
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