中国科学院昆明植物研究所
泛菊亚纲基部类群花粉演化的限制性研究取得新进展
文章来源:中国科学院东亚植物多样性与...     发布时间:2018-12-25

  早在Cuvier时代,进化学家就开始意识到生物的性状多样性演化受到了一定限制,虽然此时对于其限制的机制仍缺乏足够的了解。20世纪以来,古生物学家如Gould S. J. Foote M.等开始通过研究大量的动物化石,以期认识生物类群在历史时期的性状多样性演化。这些研究的一个重要成果就是支持限制性假说的“早期峰值进化模式”的提出,即生物在进化早期受到的限制性较少,其形态分化速率较快,性状多样性就会在较短时间内达到或者接近峰值。然而在此后的历史时期内,后代支系的性状只能在界定的形态空间内多次独立进化,直至可利用的新生态空间的出现或者新性状的形成,性状多样性才会再次大量增加(形态空间迅速扩张)。尽管“早期峰值进化模式”在动物类群中得到了大量的支持,但在植物类群中却很少研究,尤其在植物的花粉性状演化中未见报道。 

  中国科学院昆明植物研究所植物多样性演化和生态适应团队王红研究组以杜鹃花(Ericaceae)植物为例,通过采用来自9个亚科78属的255个样本构建的分子系统发育框架,及三个功能性的花粉形态性状,结合系统发育和统计分析手段,重点研究了花粉形态性状多样性的演化式样,并深入分析了该类群的系统结构和物种分化的影响。研究表明,(1)在杜鹃花科及其主要支系内,花粉性状多样性的进化速率并不恒定,而是呈现脉冲式样增加。这种性状多样性的演化模式显然与其稳定的物种分化速率不一致。不仅如此,在亚科和属级水平上,花粉多样性与物种多样性不具相关性。在构建的多维形态空间内,大部分亚科都各自占有相邻的独立空间,除了分布于澳大利亚和新西兰的Epacridoideae亚科。此亚科不仅占有较大的形态空间,且与其它亚科具有较大的空间重叠。同时,物种在形态空间中的分布也呈现出强烈的向心性,而这极有可能与其较低的灭绝速率具有一定的相关性。研究不仅证实了花粉性状演化过程中受到的限制性影响,同时也提出花粉的演化与物种多样性演化在具体的驱动机制上存在明显的差异。 

  该研究成果以“Evolutionary constraints on disparity of ericaceous pollen grains”为题,发表于国际植物学著名经典期刊 Annals of Botany。俞英博士为该论文的第一作者,王红研究员为通讯作者。该研究深化了被子植物花粉性状演化及其驱动机制的新认识,为进一步评估花粉关键性状在物种分化、群落建立及扩张、生态适应等方面的价值提供了重要证据。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)XDB31020000)、国家自然科学基金(31500182)和国家自然科学基金国际(地区)合作重大研究项目(31320103919) 的支持。 

 

   1 杜鹃花科植物的系统发育及形态空间分布 

 

   2 四个主要支系的LttDtt分析 

  (责任编辑:李雪) 

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