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武漢植物園在芸香科植物飛龍掌血的比較基因組學、生物地理學研究中取得進展

  飛龍掌血屬隸屬於芸香科(Rutaceae),僅含飛龍掌血一種。該屬植物與同科中的黃檗屬、吳茱萸屬、花椒屬等類群植物都能產生生物堿。飛龍掌血廣泛分布於非洲、亞洲,其根和莖含有小檗堿,具有重要藥用價值。

  武漢植物園東非植物區係和分類學科組的研究人員通過對采自肯尼亞的飛龍掌血樣品進行了葉綠體基因組測序和分析。經利用葉綠體基因組數據構建可靠係統發育框架,進行生物地理曆史分析,揭示了氣候改變、生物地理曆史在物種分布和演化中的影響。本研究結果對於研究芸香科植物的種群遺傳學和生物地理學具有重要指導意義。 

  研究結果表明:(1)飛龍掌血葉綠體基因組大小為158508 bp,有一個大的單拷貝(LSC)區,SSC和兩個反向重複(IR)區。該基因組包含113個基因(圖122比較基因組學分析顯示基因排列具有高度相似性;trnH-psbArpoBycf1可用於有效的遺傳標記。3)係統發育分析支持將飛龍掌血屬(Toddalia)和花椒屬(Zanthoxylum)合並,飛龍掌血的拉丁名由原來的Toddalia asiatica”修訂為“Zanthoxylum asiaticum”(圖3)。(4)生物地理學研究表明,飛龍掌血屬植物起源於亞洲,而後擴散到非洲和馬達加斯加等地(圖4)。 

  研究論文以Comparative Genomics, Phylogenetics, Biogeography, and Effects of Climate Change on Toddalia asiatica (L.) Lam. (Rutaceae) from Africa and Asia”為題發表於期刊Plants上。研究工作得到了中國科學院國際合作項目(151853KYSB20190027)、國家自然科學基金(31970211)、中科院中非聯合研究中心(SAJC202101)的資助。肯尼亞籍學生Elizabeth Syowai Mutinda為第一作者,胡光萬研究員為通訊作者。 

  論文鏈接

圖1 飛龍掌血屬植物質體基因圖譜


2 飛龍掌血屬質體大單拷貝、小單拷貝,SSC,和反向重複(IR)區域邊界比較


3 基於最大似然法和貝葉斯推斷法構建係統發育樹


4 飛龍掌血分布模型圖

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