Plant Diversity|利用质体和nrDNA序列重新评估假高粱属与甘蔗亚族的系统发育关系

B站影视 内地电影 2025-04-01 00:56 1

摘要:甘蔗亚族(Saccharinae)属于禾本科黍亚科(Panicoideae)须芒草族(Andropogoneae),包含非常重要的糖料作物和能源植物,自其1846年正式成立以来,亚族范围和成员几经变动,属间属下关系不清,一直是分类学争议热点。

甘蔗亚族(Saccharinae)属于禾本科黍亚科(Panicoideae)须芒草族(Andropogoneae),包含非常重要的糖料作物和能源植物,自其1846年正式成立以来,亚族范围和成员几经变动,属间属下关系不清,一直是分类学争议热点。早期相对广为接受的甘蔗亚族界定,由Clayton和Renvoize在GeneraGraminum中提出,包含13属138~143种。而在2022年第三次更新的全球禾本科系统发育分类系统中,13属中的8属被分别放入其他3个亚族,4属系统位置未定[包括从甘蔗属(Saccharum)中分出的Tripidium属],甘蔗亚族只有2个属:广义芒属[Miscanthus,包含原甘蔗属中的河八王(Narenga)部分]和狭义甘蔗属[仅Erianthus],以及近期出现的新成员——原高粱亚族(Sorghinae)的假高粱属(Pseudosorghum)。长期以来须芒草族中的小穗对特征被认为是划分族下类群的关键,甘蔗亚族植物由于其小穗对同形同性而在须芒草族中被认为较为原始,具有异性对小穗的假高粱属则被认为较为进化,且在形态上与高粱属(Sorghum)和孔颖草属(Bothriochloa)更近(图1)。假高粱属作为新成员出现在甘蔗亚族是否稳定?甘蔗亚族成员到底包括哪些属?甘蔗亚族种类的系统演化历史如何?另外,作为一个鲜有研究涉及的小属,假高粱属到底含有2个物种还是仅含1个物种也存在争议。

图1 . 假高粱属单个植株上的花序和小穗特征(展示假高粱属2个物种的区分特征存在明显过渡):A,总状花序组成的圆锥花序;B1,一个完整的具13节小穗对的总状花序(来自A);B2,另一个完整的具5节小穗对的总状花序(来自A);C1,一个仅含2颖片的有柄小穗(来自B1);C2,一个含2颖片及外稃的有柄小穗(来自B2)。

针对以上问题,本研究对包括假高粱属在内的甘蔗亚族及相关类群的19个属65种132个体的质体全基因组序列进行了系统发育基因组学分析,获得了高分辨率的系统树(图2),同时采用核糖体DNA序列建树。研究结果确认甘蔗亚族应包括假高粱属(单系)、芒属(多系)、甘蔗属(包括河八王和蔗茅等),以及黄金茅属部分类群EulaliaClade III(代表种类E. siamensis, E. pallens E. speciosa)也可归并到该亚族中。假高粱属与Miscanthus Clade I (代表种类M. paniculatus)被支持为姐妹类群。黄金茅属Eulalia Clade I、CladeII,以及Tripidium属除T. rufipilum外的其余种类则被排除在甘蔗亚族之外。同性小穗对和异性小穗对的经典形态分类特征受到分子证据的挑战,可能是由于甘蔗亚族谱系和物种的快速多样化所导致的。作为二倍体的假高粱属很可能代表着多倍化频繁的甘蔗亚族植物演化历史谜题中缺失的一环,本研究结果为阐释甘蔗亚族的复杂系统演化历史和开展相关分类修订提供了系统学框架,并指出未来需通过更多的核基因组测序和分析来开展该类群的研究工作。

图2. 基于质体全基因组序列的最大似然树。

另外,根据分子证据和形态学分析本研究支持FloraofChina中将假高粱属的2种并为1种的处理。国内假高粱标本采集少(CVH上仅有2份被准确鉴定的标本),近四十年也未有新采集记录,除本研究在云南省镇康县发现的2个野生居群,其余历史采集地点的假高粱均因农田开垦或生境破坏而可能完全消失,建议尽快对其采取相应保护措施。最后,本研究还进行了甘蔗亚族的起源演化时间推断和生物地理学相关分析。根据次级时间标定点,推断甘蔗亚族大约起源于3.73个百万年前的上新世,起源地为东亚地区。然而,该类群物种大规模形成分化的时间则集中在更新世,并从东亚地区扩散到大洋洲、西亚和非洲等地,从而形成了现今的地理分布格局。以上成果以“Reassessing the phylogenetic relationships of Pseudosorghum and Saccharinae (Poaceae) using plastome and nuclear ribosomal sequences” (https://doi.org/10.1016/j.pld.2025.03.002)为题发表在Plant Diversity上。中国科学院昆明植物研究所陈凯、上海植物园高级工程师刘艳春博士以及昆明植物研究所黄玥为并列第一作者,昆明植物研究所彭华研究员、李德铢研究员和马朋飞研究员为通讯作者,云南大学副教授马海英博士和昆明植物研究所吴序昆参与该工作。该项研究得到了云南重大基础研究计划项目和上海市科学技术委员会项目等的资助。

来源:科学衍生评

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