武汉植物园在鞭寄生科植物的系统学研究取得新进展
2023/8/23      点击次数:16358    阅读原文

近日,中国科学院武汉植物园东非植物区系与分类学科组的科研人员经过全面的资料查询和数据整理,利用质体基因组测序、组装、注释和构建分子系统发育树等手段,对鞭寄生科(Hydnoraceae)鞭寄生属(Hydnora)植物开展了系统发育研究。相关成果以“Phylogenetic and comparative analyses of Hydnora abyssinica plastomes provide evidence for hidden diversity within Hydnoraceae”为题,发表在SCI期刊《BMC Ecology and Evolution》上。 

鞭寄生科包含鞭寄生属和牧豆寄生属(Prosopanche)两属。前者从南部非洲分布到阿拉伯半岛和马达加斯加,后者从南美洲分布到中美洲。该科是根寄生的全寄生植物,是最古老的寄生被子植物谱系之一,隶属于胡椒目(Piperales),与马兜铃科(Aristolochiaceae)、细辛科(Asaraceae)、囊粉花科(Lactoridaceae)一起构成该目中有花被的分支。鞭寄生科植物在被子植物中十分独特,因为它们的形态特征极度丧失,例如叶子或鳞片缺失以及释放腐烂气味、吸引甲虫授粉的能力,因此被描述为“地球上最奇怪的植物”。 

根据《热带东非植物志》(Flora of tropical East Africa, FTEA),在肯尼亚已记录到三个物种,分别是光被鞭寄生(Hydnora. sinandevu Beentje & Q. Luke)、东非鞭寄生(Hydnora. abyssinica A. Braun)和鞭寄生(Hydnora. africana Thunb)。这些物种通常被用作药物和食物来源,它们的根可以用来制作革制品。据描述,东非鞭寄生在该科植物中的分布范围最大,从非洲南部分布至东非北部。 

本研究首次对鞭寄生科植物的种间质体多样性进行了研究,报道了来自肯尼亚的7个新的东非鞭寄生的质体基因组,并将它们与来自纳米比亚的东非鞭寄生和来自阿曼的阿拉伯鞭寄生(H. arabica Bolin & Musselman)的质体基因组进行了比较。基于鞭寄生科植物更广泛的采样和质体基因组重建,本研究对它们的质体基因组结构、密码子偏好性以及系统发育等方面进行了分析。 

研究报道了肯尼亚东非鞭寄生的第一个质体基因组,其具有典型的四分体结构,编码24个独特的基因。根据系统发育树的结果,来自肯尼亚的东非鞭寄生为单系群,且与纳米比亚的东非鞭寄生和来自阿曼的阿拉伯鞭寄生一起形成一个分支。然而,东非鞭寄生作为一个整体与阿拉伯鞭寄生嵌套,为并系群。这一结果得到了不同结构的质体基因组共同验证以及遗传距离估计的支持,揭示了非洲鞭寄生属物种中潜在的多样性。 

研究得到国家自然科学基金项目(31970211, 31961143026)、中国科学院国际合作项目(151853KYSB20190027)、中国科学院中非联合研究中心项目(SAJC202101)和中国政府奖学金项目(中国科学院大学)的资助。肯尼亚籍学生Elijah Mkala、来自德国的Matthias Jost和武汉植物园在读博士研究生董翔为第一作者,胡光万研究员为通讯作者,几名学生也参与了这项研究。 

论文链接

 


图1 肯尼亚东非鞭寄生的质体基因组和它的花



图2 基于83个质体-位点数据集的肯尼亚东非鞭寄生的系统发育位置



东非植物区系与分类学科组:Mkala,陈灵灵


2023/10/10 0:09:22