所(园)在薯蓣科系统演化研究方面取得新进展

2022-05-07

薯蓣科(Dioscoreaceae)是单子叶植物分支较为基部的类群,并具有部分双子叶植物的典型特征,对于研究单双子叶植物演化具有重要意义。该科在中国仅分布薯蓣属(Dioscorea L.)1属,约52种1亚种9变种,其中特有种21种。由于生境的极度多样化,该属物种的营养器官和生殖器官表现出丰富的形态变异。我所(园)植物与功能基因演化项目组利用5个叶绿体片段和2个线粒体片段,通过最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)重建了薯蓣属高置信度的系统演化树,并基于系统发育框架对4个繁育相关性状进行了祖先状态重建,追溯其在薯蓣属中的演化历史,进而探讨了繁育性状演化对该属植物适应性演化和多样化形成的影响。

结果显示,薯蓣属的珠芽在Dioscorea sect. Testudinaria分化之后起源,并在白薯莨组(D. sect. Lasiophyton)、顶生翅组(D. sect. Shannicorea)等中发生了几次独立的丢失事件。作为特殊的营养繁殖器官,珠芽的出现不仅丰富了薯蓣属物种的繁育方式,更提高了薯蓣属物种的无性繁殖效率和扩散能力,可使其占据更为广泛的生境。薯蓣属祖先花被类型为穗状花序、浅色、平展,而圆锥花序、深色和近闭合花被为衍生性状。这些性状的演化对传粉者种类和传粉行为均有着重要影响,花部特征的多样化很可能是植物与传粉者相互作用下适应性演化的结果。

此外,研究结果还为薯蓣属属下等级划分和物种界定提供了依据。传统上依据形态性状划分的部分属下分类单元单系性得到了分子数据的支持。最先分化的根状茎组(Dioscorea sect. Stenophora)植物不具珠芽、雄花花被平展;顶生翅组物种不具珠芽、花浅色、花被平展;而最晚分化的周生翅组(D. sect. Enantiophyllum)物种具珠芽、圆锥花序、花浅色、近乎闭合。因此,珠芽有无和花被开度具有较强的系统发育信息,可作为该类群属下分类的重要依据。

研究成果“Evolution of Reproductive Traits Implications for Adaptation Diversification in the Yam Genus Dioscorea L.”近期发表于期刊 “Diversity”,研究得到了江苏省自然科学基金(BK20180316)和江苏省省属公益类科研院所自主科研项目(BM2018021-2)的资助。

文章链接:https://www.mdpi.com/1424-2818/14/5/349/htm

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