Resolution of deep angiospermphylogeny using conserved nuclear genes and estimates of early divergencetimes

马红教授课题组在被子植物系统进化研究领域取得重要进展

被子植物也称有花植物，在现今陆地生态系统中占据绝对优势。已知的被子植物约有35万种，占整个植物界的一半，为人类的衣食住行等提供原材料，也为其他生物类群的生存与繁衍提供保障。早期被子植物的过渡型化石很少被发现，因此，被子植物在演化过程中呈现出的快速起源及其在较短地质时期内物种多样化的现象被达尔文称为“令人烦恼之迷”（abominablemystery）。

被子植物种类繁多且形态各异，弄清各类群间真实的亲缘关系，对于了解被子植物的起源与扩张，性状的起源与演化历史（如花的起源与演化）等都至关重要。同时，被子植物的繁盛与现代陆地生态系统密切相关，可靠的被子植物系统进化树也是其他生命科学研究的基础，为作物改良、疾病预防、生物多样性保护等提供重要的理论依据。但是，目前约占被子植物99.95% 的五大类群（Mesangiospermae：真双子叶、单子叶、木兰类、金粟兰科和金鱼藻科植物）间的亲缘关系仍然存在很大争议。

学院马红教授课题组利用二代测序技术，新获得了 26 种被子植物的转录组序列，覆盖了被子植物上述五个类群，尤其是基因组序列缺失的类群。经过一系列生物信息学分析，筛选出候选的低拷贝直系同源核基因；选取 20 种亲缘关系高度确定的代表物种，以其物种树作为参考树，通过比较各候选直系同源基因的单基因树与参考物种树，进一步筛选出了59 个适用于构建被子植物所有物种系统进化树的直系同源基因。结合公共数据，该研究利用上述 59 个直系同源基因构建了包含 61 种被子植物的系统进化树，获得了迄今为止在被子植物五大类群间支持率最高的结果，为被子植物基因功能与基因组研究、起源与进化、形态特征演化等研究提供了重要的物种关系框架。后续一系列统计、噪音信息排除等分析的结果，都验证了该结果的稳定性与可靠性。该研究结果认为，除了分化较早的几个被子植物小支外，单子叶植物最先从Mesangiospermae中分化出来，其他所有子叶数目为二的被子植物（即真双子叶、木兰类、金粟兰科和金鱼藻科植物）聚为一个单系群，其中真双子叶植物与金粟兰科-金鱼藻科的姐妹分支互为姐妹群。基于上述进化树，进一步的分子钟分析结果表明，被子植物大约在二亿多万年前的中至晚三叠纪（Triassic）就已经形成，而Mesangiospermae 大约在一亿九千多万至一亿五千多万年前的中至晚侏罗纪(Jurassic)时期就已经分化形成，与被子植物的许多重要传粉昆虫（例如蝴蝶、飞蛾、蜜蜂、某些黄蜂、蚂蚁和苍蝇等）的起源与扩张时间吻合，这可能是被子植物多样性形成的重要原因，也为植物与动物共进化的理论提供了一定的佐证。另外，本研究利用仔细筛选后的适量低拷贝核基因，弄清了快速分化形成的被子植物各主要类群的亲缘关系，该策略可推广至解决其他经历了快速物种扩张的生物类群的亲缘关系。

相关研究成果于2014年9月发表在综合类期刊Nature Communications。 文章的第一作者是博士生曾丽萍。

Zeng LP,Zhang Q, Sun RR, Kong HZ, Zhang N, Hong M. Resolution of deep angiospermphylogeny using conserved nuclear genes and estimates of early divergencetimes. Nature Communications. 5:4956 doi:10.1038/ncomms5956 (2014).