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(dòng)因素。在研究中，常利用不同基因樹之間系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系的沖突推測雜交事件。雜交、基因漸滲、基因復(fù)制和丟失、不完全譜系分選以及進(jìn)化率變異等因素都可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系沖突，隨著時(shí)間的積累，基因突變和重組等事件也會(huì)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(guān)系

卷柏科起源于石炭紀(jì)，并在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)大滅絕事件中幸存下來，現(xiàn)僅存卷柏一個(gè)屬?；谫|(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(gè)超進(jìn)化支。其中，紅枝卷柏分支的系統(tǒng)位置發(fā)生了改變，這個(gè)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(jìn)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(guān)系，發(fā)現(xiàn)3個(gè)基因集合分別支持紅枝卷柏分支3個(gè)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(jìn)一步的基因流檢測、物種網(wǎng)絡(luò)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(jìn)一步揭示了紅枝卷柏分支多倍化的特征。在此基礎(chǔ)上的分化時(shí)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(jì)，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(jìn)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(gè)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(jìn)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(xué)基金的支持。

孢子植物分類學(xué)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