華南植物園揭示東亞季風(fēng)氣候驅(qū)動山地植物多樣性形成機(jī)制
山地系統(tǒng)蘊(yùn)藏了全球大部分陸地生物多樣性。人們普遍認(rèn)為，豐富的山地生物多樣性是在地質(zhì)事件和歷史氣候以及它們之間復(fù)雜的相互作用等影響下產(chǎn)生的。然而，目前關(guān)于這方面的研究相對較少，尤其是缺乏東亞季風(fēng)氣候驅(qū)動物種形成方面的深入研究。
馬鈴苣苔屬（苦苣苔科）具有豐富的物種多樣性和特有性（圖1），該屬廣泛分布于中國南方山地，其中橫斷山區(qū)及其鄰近地區(qū)、武陵山脈以及南嶺山脈是其三個多樣性中心（圖2）。由于其廣泛分布于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)及不同地質(zhì)歷史的山地系統(tǒng)，該屬成為研究地質(zhì)歷史和東亞季風(fēng)氣候變化對物種分化影響的理想類群。
中科院華南植物園植物科學(xué)研究中心康明研究員團(tuán)隊(duì)利用123個轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)重建了馬鈴苣苔屬111個物種（占該屬物種數(shù)的88%）的快速輻射進(jìn)化歷史。該研究采用系統(tǒng)發(fā)育基因組評估了該屬早期和快速輻射的不完全譜系分選程度，結(jié)合宏觀進(jìn)化模型來探索了馬鈴苣苔屬在分布格局和時空物種分化動態(tài)過程。基于574個直系同源單拷貝基因的證據(jù)表明，從中新世約12百萬年開始，馬鈴苣苔屬經(jīng)歷了快速的物種形成，隨后物種形成速率開始急劇下降（圖3）。宏觀進(jìn)化模型結(jié)果表明馬鈴苣苔屬的物種形成與東亞季風(fēng)的形成和發(fā)展呈密切正相關(guān)；雖然橫斷山區(qū)的物種分化速率高于非橫斷山區(qū)，但沒有發(fā)現(xiàn)不同山地系統(tǒng)之間有物種形成速率的轉(zhuǎn)換。這些研究結(jié)果暗示中新世中期由東亞季風(fēng)帶來的溫暖濕潤氣候是馬鈴苣苔屬物種快速分化的主要驅(qū)動（圖4），而地質(zhì)歷史事件（如山地抬升）的作用是次要和間接的。
該研究成果為理解我國亞熱帶山地系統(tǒng)生物多樣性演化提供了新視角，即歷史氣候變化（特別是東亞季風(fēng)氣候）在驅(qū)動植物多樣性形成起著重要作用。研究同時也為利用系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)解決快速輻射進(jìn)化類群的驅(qū)動因子提供了一個典型案例。相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在國際著名期刊Systematic Biology（《系統(tǒng)生物學(xué)》）上，華南植物園孔航輝博士為論文第一作者，康明研究員為論文通訊作者，法國國家科學(xué)中心Fabien Condamine博士，華南植物園楊麗華、馮超、AJ Harris，廣西植物研究所溫放等參與了該研究工作。研究工作得到中國科學(xué)院先導(dǎo)B和國家自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/sysbio/syab068
圖1. 馬鈴苣苔屬的代表類群，顯示該屬豐富的形態(tài)多樣性
圖2. 馬鈴苣苔屬物種多樣性分布格局
圖3. 馬鈴苣苔屬物種形成速率動態(tài)變化模型。a）馬鈴苣苔屬物種形成、滅絕及分化的變化趨勢；b）馬鈴苣苔屬屬內(nèi)物種形成率的變化趨勢。紅點(diǎn)指示在橫斷山區(qū)分布的類群。
圖4. 全球溫度變化及東亞季風(fēng)影響了馬鈴苣苔屬的物種分化。a), b) 中新世晚期以來的全球溫度和東亞季風(fēng)變化趨勢； c), d) 馬鈴苣苔屬物種形成速率與全球溫度和東亞季風(fēng)之間的關(guān)系。
