中外科學家通力協作 構建被子植物最完整“生命之樹”

被子植物又稱有花植物，約有30萬種，是種子植物門物種多樣化程度最高、分佈最廣、適應性最強的一個陸生植物亞門。

近年來，被子植物演化研究取得了長足進展，但一些主要分支間的系統發育關係尚不清楚，極大地阻礙了人們對其進化和早期多樣化的充分理解。

記者10月31日從中國科學院昆明植物研究所獲悉，近期，中外科學家通力協作，構建起了被子植物科級水平最為完整的“生命之樹”，為未來被子植物的進化研究提供了堅實的基礎。

重建被子植物“生命之樹”是一大熱點問題

“被子植物是全球陸地生態系統的主要組成部分。早白堊紀被子植物的崛起，重塑了全球陸地植被和生態系統格局，也為昆蟲、兩棲爬行類、鳥類和哺乳動物的多樣化提供了棲息地、食物和能量來源。”中國科學院昆明植物研究所李德銖研究員介紹，自達爾文進化論提出以來，重建被子植物的“生命之樹”一直是植物學研究的一個熱點問題。

近30年來，隨着分支系統學和分子系統學的興起，被子植物系統發育研究不斷取得進展，從最初根據形態學和解剖學特徵將被子植物亞門分為單子葉植物綱和雙子葉植物綱的二分法到1998年基於分子系統學研究成果提出的不分綱或亞綱的目級系統。

“數十年來，被子植物家族級及以上的系統發育關係僅部分解決。通常繪製為環狀基因組的葉綠體一直是植物系統發育重建最重要的分子數據來源。不分綱或亞綱的目級系統也更新到第四版並得到廣泛採納。”昆明植物研究所副研究員馬朋飛介紹，然而，被子植物八個主幹分支間的關係一直未得到很好解析，核心被子植物五大分支之間的關係仍不清楚，不少目級、科級水平的系統發育關係亟待解決。

研究覆蓋所有公認的被子植物家族代表

中國科學院昆明植物研究所研究員李德銖帶領的研究團隊，多年來致力於被子植物系統發育研究。他們依託國家重大科技基礎設施“中國西南野生生物種質資源庫”，通過與美國佛羅里達大學、德州植物研究所、西雅圖華盛頓大學，英國皇家植物園丘園和愛丁堡皇家植物園，南非約翰內斯堡大學和澳大利亞科廷大學等機構合作，開展了世界範圍內被子植物科級水平的全面取樣，通過協同攻關，取得了系列研究成果。

繼2019年在《自然·植物》發表被子植物的起源與早期演化研究的重要成果後，這個團隊又開展了被子植物科級水平最完整取樣的系統發育基因組學研究。

“研究以裸子植物8個目12科77屬162種為外類羣，選取不分綱或亞綱的目級系統第四版承認的被子植物416個科，以及被子植物系統發育網站認同的17個科，覆蓋全部433科2024屬4660種4792個葉綠體基因組的80個基因，構建了被子植物科級水平最為完整的‘生命之樹’。”李德銖説。

在2019年被子植物葉綠體系統發育樹的基礎上，研究新增了73個科的葉綠體基因組數據，構建了被子植物基於葉綠體系統發育樹2.0版，對被子植物科級水平的系統發育關係進行了深度解析，其中75%以上的目間及其以上的關係和78%科級及其以上的關係得到90%或更高的統計支持。

對被子植物的八大主幹分支，包括基部的無油樟目、睡蓮目和木蘭藤目，以及核心被子植物五大分支系統關係的深入研究表明，核心被子植物在分化早期可能發生了快速輻射演化。除了幾個發生了輻射分化的葉綠體基因可能完全丟失的大花草科，以及異養植物科、蛇菰科、帽蕊草科等4個葉綠體基因嚴重丟失的科外，大部分目級和科級水平的系統發育關係得到了很好的解析，有望全面更新不分綱或亞綱的目級Ⅳ系統。

“新的研究，清楚地闡明瞭諸多深層的系統發育關係，特別是那些處於和高於家族水平的關係。所提出的可靠的系統發育樹，必將有助於未來被子植物的進化研究。”李德銖説。

10月29日，此項研究成果在國際生物學重要期刊《BMC生物學》上在線發表。

（科技日報昆明10月31日電）