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山地植物尤其是安第斯山脈和橫斷山脈的高山植物類群的輻射演化,引起了較為廣泛的關注,而山地干旱河谷中植物譜系的相關研究卻極為稀少。事實上,干旱生物區(qū)覆蓋了地球陸地表面的40%以上,是最受威脅和脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一,但在生物多樣性研究中經(jīng)常被忽視。中國西南地區(qū)以高原、大型山系以及由大江大河及其支流形成的深切峽谷為特征,由于焚風效應的影響,在河谷中往往形成以稀樹草原或硬葉灌叢為主的植被。盡管氣候條件極為惡劣,但中國西南干旱河谷的植物多樣性異常豐富,有超過3000種種子植物,其中近三分之一為該地區(qū)特有。氣候變化和人口的快速增長及人類活動增強,進一步加速了干旱生態(tài)系統(tǒng)的擴展和物種多樣性退化,研究與干旱適應相關的功能性狀的演化,對于制定保護策略至關重要,然而眾多干旱河谷植物譜系的演化歷史仍然未知。香茶菜屬隸屬于唇形科荊芥亞科,約140種,主要分布于亞洲熱帶至亞熱帶地區(qū)。該屬以中國西南干旱河谷為多樣性中心,廣泛分布于各個主要河谷,是研究干旱河谷植物適應性演化的理想類群。 中國科學院昆明植物研究所向春雷研究團隊聚焦于唇形科植物分類與系統(tǒng)學研究,前期對香茶菜屬開展了系統(tǒng)研究工作(Xiang et al.,2012,2014;Chen et al.,2014,2016,2017,2019,2021,2022,2024),全面揭示了該屬的物種多樣性。最近,研究團隊基于香茶菜屬90%物種的轉(zhuǎn)錄組和重測序數(shù)據(jù)開展了該屬的系統(tǒng)發(fā)育基因組學和宏觀演化研究。系統(tǒng)發(fā)育重建結(jié)果表明,香茶菜屬內(nèi)可以識別四個主要支系(Clade I–Clade IV),其中包含該屬近80%物種的Clade IV內(nèi)部又可以進一步劃分為四個分支(Clade IVa–Clade IVd)。生物地理學研究結(jié)果顯示,香茶菜屬在上新世期間經(jīng)歷了一次快速輻射分化,這一過程伴隨著生活型從多年生草本向灌木、棲息地從濕潤區(qū)域向干旱河谷的轉(zhuǎn)變。灌木這一生活型可能作為一種預適應,促使了香茶菜屬物種向干旱河谷的遷移。與干旱相關的生態(tài)因子是影響不同生活型生態(tài)位偏好和香茶菜屬物種豐富度的關鍵驅(qū)動因素。研究結(jié)果還表明,自中新世中期以來,中國西南地區(qū)的地質(zhì)變化與東亞季風發(fā)展的相互作用可能共同促進了干旱河谷植物區(qū)的形成。該項研究工作加深了對中國西南地區(qū)獨特植物區(qū)系的演化動態(tài)和生態(tài)驅(qū)動因素的理解,揭示了山地植物應對氣候變化和干旱區(qū)擴張的策略,為全球范圍內(nèi)的保護工作提供了重要參考。 研究成果以Rapid radiation of a plant lineage sheds light on the assembly of dry valley biomes為題,在進化生物學領域國際期刊Molecular Biology and Evolution正式發(fā)表。中國科學院昆明植物研究所陳亞萍副研究員為論文的第一作者,向春雷研究員為通訊作者,來自英國、美國、印度以及華中農(nóng)業(yè)大學的合作者也參與了該項研究。該研究得到了中國科學院昆明植物研究所自主部署先導項目、中國西南野生生物種質(zhì)資源庫開放課題、云南省基礎研究計劃及中國科學院“西部之光”等項目的資助。 |
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