种质库在柏亚科叶绿体系统发育基因组学研究中取得进展

       世界范围内，柏科包含32属大约140种。最近的分子系统学研究将柏科分为7个亚科，其中柏亚科是柏科最大的一个亚科，包含13属大约100种。柏亚科物种在北半球森林中是非常重要，有许多建群种和优势种，其中许多种为重要木材。 

　　柏亚科属间系统关系大部分已经被解析，但三分支Juniperus（J）、Cupressus（C）和Hesperocyparis-Callitropsis-Xanthocyparis（HCX）之间的系统关系长久以来还存在争议。中国科学院昆明植物研究所伊廷双研究组、李德铢研究组和台湾中央研究院生物多样性研究中心的赵淑妙研究组合作，基于22个物种的叶绿体基因组数据重建了柏亚科系统发育关系并探讨了叶绿体基因组结构进化。研究结果如下：利用叶绿体蛋白编码基因构建的矩阵进行系统发育重建，初步揭示了J和C两个分支具有比分支HCX更长的枝长。分化时间估算表明三分支在短时间内（1.15 My）快速分化，分支间短枝长和分支的长枝长容易造成长枝吸引现象，可能是导致三分支系统发育关系难以解析的主要原因。通过移除比对不可靠的区域、删除替换饱和基因以及去除快速演化位点这三种数据矩阵过滤方法能够显著的缩短分支J和C的枝长，并且支持J（C，HCX）。运用溯祖系统发育重建方法能够有效减轻长枝吸引，也获得J（C，HCX）。一些对其它类群有效减轻长枝吸引影响的方法并不适用于柏亚科三分支。研究结果说明，减轻系统发育重建中长枝吸引影响时，不同的类群需要综合考虑和评判不同的方法。三分支系统关系的解决为研究困难类群系统发育关系提供了范例和思路。该研究以“Multiple measures could alleviate long-branch attraction in phylogenomic reconstruction of Cupressoideae (Cupressaceae)”为题发表在Scientific Reports上。　文章链接 

　　系统发育基因组学一方面是用组学数据重建系统发育关系，另一方面是在系统发育框架下探讨基因组的演化。柏亚科叶绿体基因组具有多样化的结构变异，是探讨叶绿体基因组结构变异演化模式以及相关驱动因素的好材料。柏亚科叶绿体基因组的结构变异进行了深入研究。研究结果如下：半定量PCR和读长比对共同验证了柏亚科已测10种有8种共存同分异构体，推测是反向重复序列trnQ-IR通过同源重组方式介导产生的。在翠柏Calocedrus macrolepis中发现一种新的同分异构类型，可能是由11bp的反向重复序列通过同源重组方式介导产生的。柏亚科4个种9个居群176个个体中检测到同分异构体的存在。研究结果说明，同分异构体的普遍共存以及同分异构主要和次要构型之间相对含量的转变，共同促进了柏亚科叶绿体基因组结构变异的多样化。柏亚科同分异构叶绿体基因组的研究扩展了人们对于植物中叶绿体基因组结构变异的认识。该研究以“Insights into the existence of isomeric plastomes in Cupressoideae (Cupressaceae)”为题发表在Genome Biology and Evolution上。文章链接  

　　研究得到了国家重大科学研究计划项目（2014CB954100）、iFlora 交叉合作团队（31129001)、云南省应用基础研究基金（2014GA003）、云南省人才项目（2011CI042）以及台湾科技部研究基金（MOST 103-2621-B-001-007-MY3）的资助。 

　　图1 OV-sorting分析 

　　图2 基于数据矩阵PCG-Iss-73构建的柏亚科最大似然树 

　　图3 柏科22个类群的叶绿体基因组构型比较 

　　图4 翠柏个体内同分异构叶绿体基因组构型IPWC和IPWD的检测