華南植物園揭示核心長蒴苣苔亞族異源多倍體起源及快速分化

全基因組復制（或古多倍化）在被子植物進化歷史中普遍存在，但是古多倍化事件在‘生命之樹’上的具體分布及其對植物多樣性的影響仍不清楚。多倍體一般存在兩種形式，即同源多倍體和異源多倍體。同源多倍體是指同一個體內的基因組自我復制或同一個物種內不同個體間的雜交并導致基因組加倍，而異源多倍體是指不同物種間雜交并導致基因組加倍。相比同源多倍體，異源多倍體的基因組通常表現出更高的可變異性。因此，理論上異源多倍體可能具有更高的進化潛力。近年來，多倍化對物種形成的影響受到了廣泛的關注，但以往的研究中很少有區分不同多倍體形式（即同源多倍體和異源多倍體）對物種形成的影響，尤其是異源多倍體是否可以促進物種分化還缺乏科學的理論依據及證據支持。

苦苣苔科（Gesneriaceae）為唇形目的一個中等大科，包括150屬3700余種，廣泛分布于全球熱帶和亞熱帶地區。最近的分類系統將苦苣苔科分為3個亞科，7個族及24個亞族，其中長蒴苣苔亞族（Didymocarpinae）是該科中最大的亞族，占整個科約57%的物種多樣性?？嘬奶浦参锎蠖鄶滴锓N為狹域分布，專性生長在石灰巖、丹霞山等不同的巖石基質上，也有一些物種附生在樹上（圖1a-d）。另外，苦苣苔科植物還具有極其豐富的形態多樣性，尤其是其花形態高度特化，且十分艷麗（圖1e-k），許多種類已成為新優花卉，如常見的紫羅蘭、大巖桐等。因為其特殊的生態適應性和極其豐富的形態多樣性和物種多樣性，苦苣苔科是研究物種快速分化機制（包括多倍化及雜交）的理想類群?；谝阎募毎麑W數據，可以推測苦苣苔科可能經歷復雜的基因組進化歷史，其染色體數目變異范圍極大，從2n=8至2n=144。但目前，對苦苣苔科基因組復制的進化歷史研究仍十分缺乏。

中國科學院華南植物園康明研究團隊利用轉錄組數據重建了苦苣苔科137個物種（包括了5個族19個亞族）的系統發育關系（圖2），結果發現存在大量的葉綠體-核基因系統發育沖突和基因樹-物種樹沖突，進一步分析發現不完全譜系分選和雜交是造成系統發育沖突的主要原因。在此基礎上，該研究團隊結合全基因組和轉錄組數據，并利用綜合的分析方法，揭示核心長蒴苣苔亞族（包括長蒴苣苔亞族中除漢克苣苔屬Henckelina、鉤序苣苔屬Microchirita及齒藥苣苔屬Codonoboea以外的所有屬）經歷了一次特有的全基因組復制事件，并進一步證實該基因組復制事件是異源多倍化的結果（圖3和4），這一結果表明核心長蒴苣苔亞族是異源多倍體起源。結合分化時間及物種形成速率分析，發現核心長蒴苣苔亞族在經歷異源多倍化事件后其物種分化速率增加，說明異源多倍化可能促進了該類群的快速物種分化（圖5）。

相關研究成果近期在線發表在國際學術期刊Systematic Biology（《系統生物學》）上。華南植物園楊麗華助理研究員為論文第一作者，康明研究員為論文通訊作者。該研究得了到中國科學院先導B、國家自然科學基金青年基金和華南植物園青年人才專項的支持。論文：https://doi.org/10.1093/sysbio/syad029