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互叶醉鱼草生物地理和种群历史原来是这样_黄土高原

2021-7-27 21:31:27169

◎ 科技日报记者 赵汉斌

互叶醉鱼草属于玄参科醉鱼草属中唯一一种叶为互生的重要观赏植物。尤其是分布于黄土高原的互叶醉鱼草,每当夏季开花时,成为黄土高原一道亮丽的风景。

记者7月26日从中科院昆明植物研究所获悉,该所极小种群野生植物综合保护团队近日互叶醉鱼草生物地理和种群历史研究中获得系列重要进展。

互叶醉鱼草同时在三大高原区分布

我国喜马拉雅、横断山地区,孕育了丰富的植物多样性。而同样是我国著名高原地区的黄土高原由于水土流失、气候恶劣,植物丰富度较低,据统计目前不足4500种维管植物。由于喜马拉雅、横断山地区和黄土高原在海拔、地质历史与气候环境等方面差异显著,在异域物种形成与种群分化方面,具有重要的促进作用。然而,目前很少被子植物可以同时在这三大高原地区广泛分布。

互叶醉鱼草集中分布在喜马拉雅、横断山和黄土高原地区三大区域。因此,互叶醉鱼草已经发展成为宁夏、陕西和山西各省份重要的园林绿化植物。同时,位于黄土高原的互叶醉鱼草生境片段化严重,被列入了《内蒙古珍稀濒危保护植物名录》。

为了深入解析互叶醉鱼草的分布格局、种群历史,以及与适应性分化相关的基因组痕迹,昆明植物研究所孙卫邦研究组和马永鹏研究组合作,首先获得了互叶醉鱼草高质量基因组;并获得了三大区域48个居群的样本重测序和31个居群的表型与花瓣反射光谱数据。

“我们通过种群结构、种群历史、祖先种群重建以及距离隔离、 适应性隔离检验、生态位分化检测以及受选择基因等综合分析,深度揭示了互叶醉鱼草跨区域和区域内的分化进程。”孙卫邦研究员介绍道。

研究表明,三大区域的互叶醉鱼草形成了3个独立的明显分支,种群完成了异域物种分化。而位于黄土高原的种群,以六盘山为分界,形成了两个分支,但基因流明显,推测正处于邻域物种形成阶段。检测发现地理隔离比适应性差异,在互叶醉鱼草不同区域间的基因组分化的作用中贡献更大。

祖先种群重建的结果表明,在互叶醉鱼草形成当前的分布格局之前,没有证据表明黄土高原种群是通过喜马拉雅或者横断山区种群扩散而来。相反,更有可能的是由分布更加广阔的互叶醉鱼草种群,经过诸如“昆仑黄河”造山运动以及气候动荡,收缩形成了当前的间断分布。

此外,与种子休眠和成熟以及与温度刺激、寒冷和防御相关的基因功能有显著富集,这些基因在互叶醉鱼草分化过程中的适应性分化方面起着重要作用。以上结果近日在国际植物学著名期刊、中科院1区期刊《新植物学家》上发表。

天然杂交让互叶醉鱼草与近缘种同域分布

另外,与分布于黄土高原、生境破碎化严重的互叶醉鱼草不同,分布于喜马拉雅地区的互叶醉鱼草与近缘种皱叶醉鱼草、互对醉鱼草同域分布。互对醉鱼草在发表之初,根据形态推测其起源可能是互叶醉鱼草和皱叶醉鱼草天然杂交形成。为了验证互对醉鱼草的杂交起源假说和解析亲本物种的生殖隔离特征,我们采集了2个杂交区、4个纯亲本居群的材料进行了7个基因片段和10个表型性状的综合分析。

为了检测亲本种间杂交亲和性的差异,研究团队又对引种于昆明植物园的亲本进行了人工杂交授粉实验。研究结果确证互对醉鱼草为皱叶醉鱼草和互叶醉鱼草的自然杂交形成,且大部分是F1代,对维持亲本物种间的界限和生殖隔离起了重要作用。综合种间杂交授粉结果和自然杂交后代的母本叶绿体序列检测,支持植物学家刘易斯和克罗于1958年提出的相关假说。此项研究结果发表于植物学主流期刊《BMC植物生物学》上。(图片由昆明植物研究所孙卫邦研究员提供)

编辑:黄磊

审核:朱丽

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