中國科學院昆明植物研究所
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科研進展

昆明植物所在植物性系統演變過程中的自交綜合征發育研究方面取得新進展

文章來源:中國西南野生生物種質資源庫  |  發布時間:2024-01-15  |  作者:曾志華  |  瀏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

  被子植物交配系統頻繁地由異交向自交轉變,大約有10%~15%的物種呈現高度自交的特征。自交的譜系/物種在特定條件下可能會受到自然選擇的青睞,尤其是當自交過程中繁殖保障優勢(reproductive assurance)和基因的自動傳遞優勢(transmission advantage)能夠抵消近交衰退導致的適合度折損,自交便有可能受到選擇。

  然而,在較長的時間尺度上,自交譜系/物種又呈現相對一致的進化盲端(dead end)現象。持續自交的譜系/物種,其表型和基因組層面會發生一系列趨同演化的特征,稱之為自交綜合征(selfing syndrome)。通常認為,表型自交綜合征主要是適應性進化的結果,而遺傳自交綜合征主要是非適應性進化的結果,分別隸屬于兩個不同的進化時間層級。理論上,表型的適應性進化應該比遺傳的非適應性(或中性)進化過程要快很多。那么,自交譜系/物種要在多長的時間周期內才能發育出自交綜合征?表型自交綜合征的發育速度是否如通常認為的那樣遠超遺傳自交綜合征?自交綜合征的發育規律能否解析自交譜系/物種在面臨進化死胡同的窘境下依然不斷涌現的悖論?這些問題仍有待深入研究。 

  中國科學院昆明植物研究所植物性系統功能與演化專題組在前期工作的基礎上(Zhou et al. 2017, New Phytologist; Zhong et al. 2019, New Phytologist; Wang et al. 2021, Molecular Biology and Evolution),以報春花屬(Primula)迎陽報春復合群(Primula oreodoxa complex)為研究對象,該復合群包含迎陽報春(P. oreodoxa)和灌叢報春(P. dumicola)兩個姊妹種。利用異型花柱物種異交為主,而同型花柱物種通常以自交為主的特性,對該復合群三個譜系分支開展系統發育基因組學、群體遺傳學和繁殖性狀演化的比較研究,探討交配系統演化過程中自交綜合征的發育特征。研究結果表明,迎陽報春復合群自交譜系發生兩次獨立起源,分別形成一個相對古老的灌叢報春自交譜系和一個相對年輕的迎陽報春同型自交譜系。古老的自交譜系處于表型和遺傳自交綜合征發育相對成熟的階段,與其較早的自交起源歷史相符。在年輕的自交譜系中,研究人員不僅檢測到表型自交綜合征的初步發育,同時也檢測到明顯的遺傳自交綜合征發育信號,兩者呈現出平行演化的特征。這一發現與放松選擇和遺傳漂變導致的基因組變化應滯后于表型適應性變化的預測形成了鮮明對比。借助群體遺傳理論和同型花柱物種特殊的群體歷史特征,研究人員充分解析了植物交配系統由異交向自交轉變過程中表型和遺傳自交綜合征平行演化的潛在影響因素。 

  該研究充分表明植物在表型和基因組層面均能對性系統轉變作出快速的反應,為理解植物交配系統演變的生態和遺傳效應提供了新見解。研究結果以Parallel evolution of morphological and genomic selfing syndromes accompany the breakdown of heterostyly為題,在國際植物學著名期刊New Phytologist發表。 

  中國科學院昆明植物研究所博士研究生曾志華為論文第一作者,中國科學院昆明植物研究所周偉研究員、李德銖研究員和多倫多大學Spencer Barrett教授為論文共同通訊作者。中國科學院昆明植物研究所王紅研究員和博士研究生王鑫,貴州中醫藥大學吳之坤副教授,以及云南省林業與草業科學院鐘莉博士等也參與了本項工作。該研究工作得到中國科學院戰略性先導專項(B類)、國家自然科學基金、云南省重點基礎研究計劃等項目的聯合資助。 

  文章鏈接

 

圖1 迎陽報春復合群系統發育關系和群體遺傳結構 

 

2 迎陽報春復合群遺傳和表型自交綜合征發育信號 

(責任編輯:李雪)

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