近日，我院顾翠花教授课题组在农林科学1区TOP期刊Horticultural Plant Journal (IF = 3.032)发表了题为Phylogeny, molecular evolution, and dating of divergences in Lagerstroemia using plastome sequences的研究论文。相关研究基于叶绿体系统发育基因组学，重建了稳健的紫薇属系统发育关系，表征了紫薇属叶绿体基因组的分子进化特征，首次揭示紫薇属的快速分化事件，为紫薇属种间杂交的亲本选择和物种进化历史研究等提供了理论依据。
论文封面图片：
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014122000589
研究背景：
紫薇属(Lagerstroemia)，属于桃金娘目(Myratles)千屈菜科(Lythraceae)，主要分布在亚洲东部、东南部和南部的热带、亚热带地区，是一个典型的温带和热带属，我国是世界紫薇属植物的分布中心和栽培起源中心。紫薇属包括紫薇L. indica在内的多种观赏植物，花色艳丽，树干优美，花期长达三个月(图1)。部分物种能够吸收SO2、HF等污染气体，具有净化空气的生态保护功能，经济价值和药用价值较高。但紫薇属物种繁多，种间关系一直尚未厘清，经典分类结果与现代分子证据存在诸多矛盾。目前，紫薇属物种系统进化关系不够明确，叶绿体基因组分子进化及物种分化研究尚未完全开展等问题限制了紫薇属的进一步开发利用。近年来，顾翠花教授课题组采用叶绿体系统发育基因组学的方法，对上述问题开展了系统研究。
图1 紫薇属代表性物种照片
研究方法及过程：
利用基于紫薇属物种叶绿体基因组序列全长、cds、第1,2位密码子等三种数据集的串联法，以及基于单基因的溯祖法，多方法、多数据集构建可靠的紫薇属系统发育关系。基于系统发育关系，通过计算紫薇属叶绿体基因组整体与单基因的同义突变与非同义突变率反映进化速率；选取化石记录与二次标定，计算紫薇属与近缘属及其内部的分化时间，反映进化历史。
研究结果：
(1)系统发育分析表明紫薇属为单系群，包括两大分支，大部分物种的种间关系明朗，多种方法综合比较的结果支持L. intermedia与L. siamica聚为一支，并形成(L. macrocarpa + L. speciosa + L. venusta)的姐妹群。系统发育分析结果与物种倍性、地域分布、形态特征等证据在一定程度上吻合(图2)。
图2 紫薇属系统发育关系重建
(2)属水平和分支水平分别鉴定出114和95个SNV位点，其中多个基因存在多个非同义替换的SNV位点导致氨基酸发生变化。与近缘物种相比，紫薇属物种叶绿体基因组的进化速率相对较慢，内部不同分支物种的进化速率没有明显差异，但叶绿体蛋白编码基因进化速率存在异质性(图3和图4）。
图3 紫薇属及其近缘物种叶绿体基因组进化速率
图4 紫薇属叶绿体基因进化速率
(3)紫薇属在6100万年前与八宝树属分开并在5700万年前分化出两大分支，随后两大分支在约700万年前迅速开始分化出现存物种(图5)，表明紫薇属经历了快速分化或辐射进化，这可能与同时期的剧烈气候波动有关，例如冰期-间冰期的循环可能促进了紫薇属的物种多样性。
图5 紫薇属物种分化时间
论文第一作者为我院硕士研究生王杰，顾翠花教授为通讯作者，中国农业科学院深圳农业基因组研究所武志强研究员和美国科罗拉多州立大学Luke R. Tembrock为共同通讯作者。该研究得到浙江省自然科学基金(LY21C160001)支持。
