雜交是植物界中普遍存在的現(xiàn)象，也是物種多樣化的重要驅(qū)動因素。在研究中，常利用不同基因樹之間系統(tǒng)發(fā)生關系的沖突推測雜交事件。雜交、基因漸滲、基因復制和丟失、不完全譜系分選以及進化率變異等因素都可能導致系統(tǒng)發(fā)生關系沖突，隨著時間的積累，基因突變和重組等事件也會稀釋和改變雜交后代中來自親本的遺傳印記，因此闡明古老雜交事件極具挑戰(zhàn)性。

轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)重建卷柏科系統(tǒng)發(fā)生關系

卷柏科起源于石炭紀，并在二疊紀—三疊紀大滅絕事件中幸存下來，現(xiàn)僅存卷柏一個屬。基于質(zhì)體和線粒體基因組的系統(tǒng)發(fā)生分析結(jié)果，將卷柏科分為Superclade A、Superclade C和紅枝卷柏分支三個超進化支。其中，紅枝卷柏分支的系統(tǒng)位置發(fā)生了改變，這個現(xiàn)象一直得不到合理的解釋。

同源基因的Ks分布與網(wǎng)狀進化推斷支持紅枝卷柏雜交起源

國家植物園（南園）張憲春研究組利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)重建了卷柏科系統(tǒng)發(fā)生關系，發(fā)現(xiàn)3個基因集合分別支持紅枝卷柏分支3個系統(tǒng)位置：與Superclade A為姐妹群；與Superclade C為姐妹群；或與Superclades A C互為姐妹群。科研人員通過進一步的基因流檢測、物種網(wǎng)絡推斷、直系和旁系同源基因的Ks分布等研究，提出了紅枝卷柏分支的雜交起源假說，并得到根托位置和方向、孢子表面紋飾證據(jù)的支持。染色體證據(jù)進一步揭示了紅枝卷柏分支多倍化的特征。在此基礎上的分化時間估算顯示，紅枝卷柏的雜交和多倍化事件發(fā)生在早三疊紀，是目前在維管植物中最早出現(xiàn)的異源多倍化事件?？蒲腥藛T進一步分析并整合證據(jù)，發(fā)現(xiàn)古雜交起源支系呈現(xiàn)3個系統(tǒng)位置的原因是由于基因轉(zhuǎn)換保留了親本等位基因，闡明了迄今最早發(fā)生的古雜交事件。研究結(jié)果深化了對“古雜交是植物多樣化的重要進化力量”的理解，為揭示古老雜交事件開辟了新的途徑。

紅枝卷柏系統(tǒng)位置（A核基因樹，B質(zhì)體基因樹）與孢子形態(tài)、根托著生位置

該研究成果在線發(fā)表于Molecular Biology and Evolution期刊，國家植物園（南園）已畢業(yè)博士研究生Jong-Soo Kang為該論文的第一作者，張憲春研究員和向巧萍副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金的支持。

孢子植物分類學研究組

組長：張憲春研究員

郵箱：zhangxc@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

(1) 蕨類植物分類和系統(tǒng)；

(2) 《泛喜馬拉雅植物志》石松類和蕨類。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻