冬青屬植物的系統發育及生物地理研究取得進展

2021-01-18 生物谷

 

為何有些植物分支的物種廣泛分布並演化出許多物種而有些則不然？冬青屬植物的進化研究，可能為回答這一進化生物學關鍵問題提供有力證據。

冬青屬（Ilex）是木本雌雄異株植物中最大的屬（至少664種）。該屬植物大多喜好溫暖溼潤的生境，無法存活於土壤長期乾旱或寒冬較長的生境，暗示該屬植物可能存在較強的生態位保守特性。冬青屬花果形態典型、易於辨認，但葉片迥異，植株形態多變（由低矮灌木到高大喬木）。在氣候合適的亞熱帶森林中，常能見到由十多種冬青作為主要物種的群落。該屬植物廣泛分布於除兩極地區之外的世界各大洲，但區域物種多樣性差異很大，中國南部和南美洲熱帶、亞熱帶山區均有超過200種冬青，而歐洲大部分地區、撒哈拉沙漠以南地區和澳大利亞北部地區均只有一種冬青。以往基於108種冬青系統發育的研究表明，葉綠體基因樹和核基因樹間存在大量的系統發育衝突，並提出該屬植物冠群年齡大約是中新世中期，起源自東亞或北美地區(Manen et al.， 2010)。然而，世界各地大量發現的早自始新世時期的冬青屬葉片化石以及早自白堊紀時期的孢粉化石，都與過去估計的冠群年齡存在嚴重衝突。雖然古老姊妹分支滅絕也可以解釋這一衝突，但是冬青屬冠群起源應該更早可能是更正確的解釋。

為回答冬青屬系統發育及生物地理的一系列問題，中國科學院西雙版納熱帶植物園綜合保護中心科研人員姚昕及其合作者基於覆蓋所有分布區的177種冬青的兩個核基因，重建了冬青屬植物的系統發育關係。在此基礎上，科研人員選擇三個大化石作為化石校準點，重新估算了該屬的起源分化時間。研究表明，冬青屬冠群起源自始新世早期，隨後分化出五個大分支，明顯早於過去研究中估算的年齡。該屬起源於東亞亞熱帶地區，南美洲冬青起源分化自大約3000萬年前，北美洲冬青起源分化自大約2300萬年前，澳大利亞冬青起源分化自大約800萬年前，歐洲冬青起源分化自大約600萬年前，非洲冬青起源分化自大約400萬年前，夏威夷冬青起源分化自大約1000萬年前。南北美洲均存在多次定殖。大化石和孢粉化石記錄表明該屬植物在不同地質歷史時期，都能遷徙到全球溫暖溼潤地區定殖，且至少在中新世晚期全球變冷之前，已廣泛分布於世界各地。該研究不僅為冬青屬生態學和進化學研究提供了重要基礎，也是作者長期關注的東亞亞熱帶植物多樣性起源及其維持機制研究中的組成部分。

該研究以 Phylogeny and biogeography of the hollies (Ilex L.， Aquifoliaceae) 為題發表於Journal of Systematics and Evolution。(生物谷Bioon.com）

 

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