混合倍性物种(即包含不同染色体组数量的物种,如二倍体与多倍体)是研究进化过程的良好体系。以往研究表明,吊钟花属灯笼树物种复合体包含四倍体和六倍体居群,但该复合体内是否存在二倍体居群及其地理分布格局尚不明确。本研究首次采用流式细胞术评估细胞型分布,进而利用两个叶绿体基因间隔区(psbA-trnH 和 rpl32-trnL)探究该复合体的谱系地理结构及种群历史。结果显示:该复合体仅由四倍体和六倍体种群组成,未发现二倍体种群,暗示其二倍体祖先可能已灭绝或多倍化事件发生于中国亚热带地区之外。四倍体与六倍体呈现显著的空间分布隔离,可能源于其生态适应性的分化。共鉴定出27个叶绿体单倍型,形成6个异域分布的分支(分支I–VI)。基于有序单倍型的种群分化指数(NST)显著大于无序单倍型分化指数(GST),表明该复合体存在显著的谱系地理结构。分子钟分析显示6个分支在上新世晚期(约2.74百万年前)发生分化,提示吊钟花复合体的多样化可能早于第四纪,并存在于多个冰期避难所。历史种群动态分析发现两个分支(IV和VI)在末次冰期(分别约0.019和0.049百万年前)出现近期分布区扩张,这种扩张可能与末次冰期冷湿气候条件相关,符合"天空岛屿"生物(孤立山峰的高海拔生物)的分布模式。系统发育分析表明六倍体可能通过多次独立事件形成,而现存二倍体的缺失使四倍体起源难以追溯,需后续基因组学研究。本研究深化了对中国亚热带地区多倍体进化的认知,并为气候变化背景下的灯笼树复合体保护策略及种质资源利用提供了科学依据。

图1 灯笼树复合群细胞型和叶绿体分支地理分布以及叶绿体单倍型系统发育关系

图2 灯笼树复合群叶绿体单倍型网络关系图

图3 灯笼树复合群叶绿体单倍型分化时间

图4灯笼树复合群不同叶绿体分支失配分布
该研究成果以“Cytotype distribution and chloroplast phylogeography of Enkianthus chinensis complex, a mixed-ploidy species complex in subtropical China and adjacent areas”的论文形式,在线发表于国际植物学经典期刊《Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics》上。安徽中医药大学博士生梁华为第一作者,江西农业大学博士生胡菀、硕士生周铖为并列第一作者,我院张志勇教授为第一通讯作者,景德镇学院田双副教授为共同通讯作者,我院韦素娟博士参与了该研究。珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室为第一署名单位。该研究工作得到国家自然科学基金项目(31960049, 31660059, 31960218)、江西省主要学科学术与技术带头人培养计划项目(20213BCJ22006)、广西科技基地和人才专项—高层次创新人才和团队培养项目(2024AC43009)的资助。
我院进化生物学学科团队自2024年成立以来,始终围绕生物多样性起源与演化、特色经济作物生物信息与遗传改良两个学科方向开展有组织的深入研究,这篇文章是近两年来该团队在吊钟花属进化生物学领域发表的第4篇文章。
全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1433831925000642