基于叶绿体基因组的樱花进化研究

我院林木育种所沈鑫副研究员作为第一作者，蒋冬月副研究员为通讯作者，在TOP期刊二区《International Journal of Molecular Science》发表“Evolution of Cherries (Prunus Subgenus Cerasus) Based on Chloroplast Genomes”（基于叶绿体基因组的樱花进化研究）论文，影响因子6.2。

研究背景

樱花是蔷薇科（Rosaceae）李属（Prunus L.）典型樱亚属 (Subgenus Cerasus) 植物，具有较高的观赏和经济价值。我国是樱花植物资源的世界分布中心，共分布有38种8变种（俞德浚和李朝銮, 1986），约占樱花物种总数的80%，其中只有少数种被人为栽培驯化，大部分野生种质资源未得到有效地利用和保护，导致我国在樱花和樱桃种质创新方面远远落后于日本和欧美国家。另外，每到樱花盛开的季节，民间关于樱花起源地的问题便会争论不休。通过探究樱花物种间的系统演化关系及其地理分布格局的形成历史和驱动因素，有助于理解樱花起源及进化历史，亦可为制定该亚属乃至李属植物种质资源利用和保护策略提供理论依据。

研究方法

本研究利用二代测序技术组装注释了54个李属物种的叶绿体基因组，同时还从NCBI数据库下载了36个李属物种的叶绿体基因组，总计90个叶绿体基因组，这些基因组包含了55个典型樱亚属物种，9个李亚属物种，以及3个稠李亚属物种，基本涵盖了世界分布的所有樱花物种。通过对叶绿体基因组的比较分析，利用最大似然法重建了樱花的系统发育关系，在此基础上通过祖先分布区重建，结合古生物地质事件和气候变化，揭示了樱花的起源、进化历史及地理分布格局形成的驱动因素。

研究结果

（1）根据分支长度、BS值和PP值，典型樱亚属的分化包括从IIIa到IIIg的7个分支。典型樱亚属的基部分支IIIa只包括了分布在亚洲西南部和欧洲的物种圆叶樱桃（P. mahaleb），分支IIIb包括中国西南部的6个物种。分支IIIc包括远东、北美和中国西部的物种。分支IIId包括4种欧亚分布的樱桃：甜樱桃（P. avium）、酸樱桃（P. cerasus）和草原樱桃（P. fruticosa），以及中国西部的1个物种：刺毛樱桃（P. setulosa）。分支IIIe包括主要分布于中国西南部和中部的物种类群。IIIf分支包括中国西部、中部和西南部特有的三个物种。分支IIIg 是最大的一组，包括分布在中国东部（4种）、台湾岛（3种）、日本（8种）和朝鲜半岛（3种）的类群。

（2）樱花起源于始新世37.27 Mya的喜马拉雅地区，之后可能在渐新世通过青藏高原和喜马拉雅低地扩散至中亚和西亚地区。伴随着青藏高原的快速隆升、全球气候变冷和干旱，典型樱亚属物种在中新世15.01 Mya开始逐渐分化。在约9.71–9.27 Mya，典型樱亚属物种经中国东北地区，通过白令海峡到达北美，同时到达日本和朝鲜半岛。在这之后，随着亚洲季风的不断增强，分布在中国中部和东部的典型樱亚属物种逐渐分化，并在约7.57-3.47 Mya，从中国东部经台湾岛到达日本和朝鲜半岛，台湾陆桥、东海陆桥和朝鲜海峡陆桥可能成为了这一时期典型樱亚属植物扩散的通道。

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