科學家在薔薇科葉綠體系統發育基因組研究中取得進展

系統發育基因組學是基因組學和系統發育生物學融合產生的一個交叉學科，主要用基因組水平的大規模分子數據解析生物之間的系統發育關係，並利用系統發育原理研究基因組進化機制。基因組大量的數據信息具有「緩衝」作用，能減少系統發育重建中的隨機誤差，使得引起基因樹衝突的各種生物學因素被逐一分析，是當前重建生命之樹，解析困難系統發育關係的最有效途徑。由於大小適中、核苷酸置換率適度、容易比對、不存在旁系同源問題等優點，葉綠體基因組已經被廣泛應用於解析困難類群的系統發育關係。薔薇科包括約90屬3000種，全球廣布，具有多種世界最具經濟價值的水果，如蘋果、梨、桃、李、杏、櫻桃、山楂，以及著名花卉如玫瑰、月季、梅花。植物學家對薔薇科開展了大量分類和系統關係的研究，但由於頻繁的雜交、孤雌生殖和可能的快速輻射分化等因素的影響，該科的亞科、族、屬分類範疇仍存在很大爭議，主要分支間系統發育關係難以解析，是系統發育重建最困難的植物類群之一。

中國科學院昆明植物研究所中國西南野生生物種質資源庫伊廷雙和李德銖研究組多年致力於薔薇目的系統發育和進化研究，相繼對薔薇目（Zhang et al. 2011，Molecular Phylogenetics and Evolution）、大麻科（Yang et al. 2013，Taxon； Yang et al. 2017, PLoS One）和蕁麻科（Wu et al. 2013，Molecular Phylogenetics and Evolution）等類群開展分子系統學研究。通過與英國皇家植物園邱園Mark W. Chase、佛羅里達大學教授Douglas E. Soltis合作，依託中國西南野生種質資源庫分子生物學實驗中心的設施和平台，利用葉綠體系統基因組學的方法重建了薔薇科79屬132種的系統發育樹，成功解析了薔薇科各亞科、族和屬間系統發育關係。基於這棵高支持率、高解析度的系統發育樹，估算了薔薇科及其主要分支的起源和分化時間，推斷了古氣候對薔薇科主要分支多樣化的影響。主要結論包括：1）在葉綠體系統發育基因組學研究中，序列的比對質量和模型選擇對於正確解析類群間系統發育關係至關重要；2）薔薇科亞科、族和大部分屬間系統發育關係獲得解析並被很好支持；3）薔薇科起源於晚白堊紀，之後經歷了多次的多樣化速率的變化；4）亞科和族的快速多樣化發生在晚白堊紀的溫暖濕潤的環境中，而從早漸新世以來屬的多樣化發生在乾冷的環境中。

該研究對於揭示薔薇科的起源與多樣化具有重要的科學意義，對進一步研究該類群進化問題打下了堅實的基礎，也為利用葉綠體系統發育基因組學解決其它困難植物類群的系統發育關係提供了又一個典型案例。該研究得到了國家重大科學研究計劃項目（2014CB954100）、中科院中-非聯合研究中心（SAJC201302）、科技基礎性工作專項重點項目（2013FY112600）、中科院科技創新「交叉與合作團隊」（31129001）和雲南省中青年學術技術帶頭人後備人才項目（2011CI042）的支持。研究結果以Diversification of Rosaceae since the Late Cretaceous based on plastid phylogenomics 為題，在線發表於植物學學術期刊《新植物學家》（New Phytologist）。

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薔薇科系統發育關係

薔薇科多樣化分析