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中科院昆明植物研究所李德铢团队系统阐述被子植物系统发育基因组学研究进展

花匠小妙招
2026-01-09 14:08

细胞内共生事件、胚、维管束、种子和花的起源是植物演化史上划时代的革命性事件。有花植物（即被子植物）在白垩纪的兴起，深刻地改变了陆地生态系统，并成为植物界物种多样化程度最高、分布最广、适应性最强的类群。最新的研究数据表明，全球被子植物约有330,000种（Govaerts et al., 2021）。构建一个反映真实亲缘关系的被子植物“生命之树”对于理解被子植物起源、多样化及演化历史尤为重要，也是生命科学其它分支学科研究的重要基础。在过去的五年中，高通量测序技术的加速发展为被子植物系统发育研究提供了长足动力，涌现了大量采用数百至数千个基因且取样广泛的系统发育研究，许多重要支系的系统发育关系得以解析，使植物系统演化的研究进入到系统发育基因组学时代。然而，随着基因组数据的增加，直系/旁系同源性混淆和普遍存在的基因树冲突成为系统发育研究的主要问题。系统误差和生物学因素如杂交、多倍化和不完全谱系分选（ILS）等过程令系统发育基因组学分析变得更加复杂，简单的二歧分支系统树已难以对许多困难节点的系统发育关系进行解析。此外，从基于少数基因/位点的系统发育分析到基因组规模的系统发育基因组学研究的转变，也对研究人员生物信息学和计算生物学领域的相关技能提出了新的要求，同时，对相同的数据集采用不同的分析方法，将可能会产生相互矛盾的系统发育结果，如何从大量系统基因组学分析工具中做出合适的选择，也备受关注。

JIPB近日在线发表了 中科院昆明植物研究所李德铢研究团队题为“ Phylogenomics and the flowering plant tree of life”（‍ https://doi.org/10.1111/jipb.13‍415）的特邀综述，系统介绍了近年来被子植物“生命之树”系统发育基因组学领域的研究进展。综述首先概述了当前系统发育基因组学中应用的主要测序策略，包括浅层基因组测序、转录组测序、简化基因组测序（RAD-seq）、杂交捕获测序（Hyb-Seq）、高覆盖浅层基因组测序（deep genome skimming）以及全基因组测序，及其实验和分析方法，并讨论了各自的优缺点和潜在应用前景。文章总结了近五年在被子植物框架、目级、科级和科下等不同分类阶元的系统发育基因组学最新进展，强调了相关研究对分类学处理（如属名的变更）的潜在影响。综述进一步讨论了系统发育基因组学研究面临的主要挑战，即系统误差和潜在的生物学因素，如全基因组复制（WGD）、杂交/基因渐渗和ILS对直系同源推断和系统发育重建的影响，提出二歧分支系统树可能不是被子植物“生命之树”的最佳进化模型，并为演化历史复杂类群的系统发育基因组学研究提出了操作性强的建议。此外，该综述还讨论了目前被子植物系统发育基因组学研究存在的一些普遍性问题，提出了植物系统发育基因组学未来发展的主要方向。

图1. 被子植物系统发育框架和目、科级代表分类阶元存在的核质冲突和可能的网状进化关系

李德铢研究团队从事被子植物系统发育和进化基因组学研究，近年来依托国家重大科技基础设施“中国西南野生生物种质资源库”，通过与国内外团队的多方合作，开展了被子植物系统发育基因组和生物地理学研究，取得了一系列研究成果。基于叶绿体全基因组数据解析了被子植物的起源与早期演化（PPA）（Li et al., 2019），构建了被子植物科级水平迄今最完整取样的“生命之树”（PPA II）（Li et al., 2021）；分别基于叶绿体全基因组、简化基因组和全基因组测序数据揭示了不同分类阶元的被子植物重要类群，如石竹目、豆科、竹亚科、杜鹃花属等的系统发育关系和演化历史（Guo et al., 2019; Yao et al., 2019; Zhang et al., 2020; Guo et al., 2021; Fu et al., 2022）；此外，开发了细胞器基因组组装和注释的重要工具（Qu et al., 2019; Jin et al., 2020），并得到广泛使用。

参考文献：

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