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前沿進(jìn)展 | 李德銖研究員團(tuán)隊(duì)在裸子植物物種多樣化和表型進(jìn)化研究取得重要進(jìn)展
研究背景
確定生命之樹(shù)中物種多樣性和表型差異產(chǎn)生的主要的內(nèi)部和外部驅(qū)動(dòng)力是進(jìn)化生物學(xué)研究的主要挑戰(zhàn)之一。對(duì)于綠色植物，全基因組復(fù)制（WGD，或多倍化）是重要的進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力，但仍不清楚WGD是否能與響應(yīng)氣候變化和新生態(tài)機(jī)遇的適應(yīng)性輻射演化等進(jìn)化過(guò)程一起塑造宏觀進(jìn)化模式?，F(xiàn)存的裸子植物支系明顯經(jīng)歷了古輻射演化、大量滅絕事件、超常的形態(tài)停滯和近期多樣化等復(fù)雜歷史，但裸子植物進(jìn)化主要階段的相關(guān)性和原因在很大程度上仍不清楚。
圖1 基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的裸子植物的物種樹(shù)，顯示基因復(fù)制、染色體數(shù)目變化和基因組加倍與物種多樣性轉(zhuǎn)變的關(guān)系
圖2 裸子植物主要支系同時(shí)發(fā)生的基因復(fù)制峰和表型創(chuàng)新峰
圖3 裸子植物同時(shí)發(fā)生的基因樹(shù)沖突峰和表型進(jìn)化速率峰
圖4 裸子植物主要支系生態(tài)位和物種多樣化的共進(jìn)化
依托中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)，中國(guó)植物學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所李德銖研究員和伊廷雙研究員團(tuán)隊(duì)與美國(guó)密西根大學(xué)Stephen. A. Smith，佛羅里達(dá)大學(xué)Pamela A. Soltis和 Douglas E. Soltis，以及賓夕法尼亞州立大學(xué)Hong Ma團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展了裸子植物多樣性宏進(jìn)化模式的研究。
整合新測(cè)序的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和多類(lèi)型數(shù)據(jù)，該研究檢驗(yàn)了裸子植物包括基因和基因組復(fù)制，基因組大小和染色體數(shù)目在的基因組進(jìn)化與表型創(chuàng)新、物種多樣化和氣候生態(tài)位的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨著現(xiàn)存裸子植物主要支系的起源，發(fā)生了WGD和基因組大小變化，裸子植物可能存在一次共有的WGD事件。此外，該研究顯示了基因復(fù)制峰與表型創(chuàng)新峰共發(fā)生，第一次在宏觀尺度上證明了基因復(fù)制和表型創(chuàng)新的直接關(guān)系。
該研究還發(fā)現(xiàn)，自被子植物崛起以來(lái)的裸子植物大多數(shù)多樣化變化與WGD事件不相關(guān)，而與裸子植物加快占領(lǐng)較干冷氣候環(huán)境相關(guān)。這表明，生態(tài)機(jī)遇特別是晚新生代的生態(tài)機(jī)遇，以及生境異質(zhì)性驅(qū)動(dòng)了現(xiàn)存裸子植物物種多樣性的復(fù)興。本研究深刻理解了裸子植物多樣性和表型進(jìn)化的過(guò)程，對(duì)探討植物微觀和宏觀進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)力具有廣泛而深刻的啟示意義。
2021年7月19日，該研究成果以“Gene duplications and phylogenomic conflict underlie major pulses of phenotypic evolution in gymnosperms”為題在國(guó)際植物學(xué)頂級(jí)期刊Nature Plants上在線發(fā)表。
中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所Gregory W. Stull博士和山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院曲小健博士為該論文的共同第一作者，李德銖研究員、Stephen. A. Smith教授和伊廷雙研究員為共同通訊作者。該研究得到中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所植物園，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校植物園、哈佛大學(xué)阿諾德植物園、密蘇里植物園，英國(guó)愛(ài)丁堡皇家植物園和皇家植物園邱園在材料采集方面給予的幫助。
該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（No. XDB31000000）、中國(guó)科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)放研究項(xiàng)目（No.2017-LSF-GBOWS-02）、國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目（No.31720103903）、云南省云嶺高端外國(guó)專(zhuān)家項(xiàng)目（YNQR-GDWG-2017-002，YNQR-GDWG-2018-012）、山東省自然科學(xué)基金（ZR2020QC022）、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)國(guó)際獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃（No.2020PB0009）以及中國(guó)博士后科學(xué)基金國(guó)際博士后交流項(xiàng)目的支持。
個(gè)人簡(jiǎn)介
李德銖研究員
李德銖研究員主要從事植物分類(lèi)、分子系統(tǒng)發(fā)育、生物地理學(xué)和生物多樣性保護(hù)研究，相關(guān)研究成果發(fā)表在Molecular Ecology、Molecular Phylogenetics and Evolution、Annals of Botany、Taxon等本學(xué)科國(guó)際主流刊物上。
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