山东农业大学王年等解决桦木属种间关系和多倍体起源，提出桦木属全新的分类系统

责编 | 王一

2021年2月27日，皇家植物园邱园Richard Buggs教授和山东农业大学王年博士在Molecular Phylogenetics and Evolution在线发表了题为Resolving phylogeny and polyploid parentage using genus-wide genome-wide sequence data from birch trees的研究论文。该研究解决了桦木属 (Betula L.) 种间关系和多倍体起源，提出了桦木属全新的分类系统。

（王年课题组供图）

桦木属 (Betula L.) 隶属于桦木科 (Betulaceae)，由大约 65 个种和亚种组成，广泛分布于北半球高山、苔原和沼泽等不同生境中，具有重要的经济价值和生态价值。桦木属倍性复杂，倍性水平由二倍体 (2n=2x=28) 至十二倍体不等 (2n=12x=128)，且同一物种存在不同倍性；桦木属种间杂交极其频繁，不同倍性以及不同亚属之间均可杂交；桦木属存在广泛的形态变异，不但存在形态性状的趋同进化而且同一物种不同种群间存在明显的形态差异。以上这些因素导致了桦木属种间关系及多倍体起源未得到解决。

图1 基于溯祖法（A）和串联法（B）推测的桦木属种间关系。

研究者对全球桦木属物种开展了 RAD 测序，以垂枝桦基因组作为参考序列进行组装，得到了平均长度为 675 bp 的 Contig。作者利用 50,870 个 Contig 构建基因树，利用溯祖法及串联法推测物种树，得到了支持率高，拓扑结构高度一致的物种树（图1）。据此，研究者提出了桦木属新的分类系统，即 2 个亚属 6 个组，其中亚属 Aspera 包括 Asperae 和 Lentae 两个组，亚属 Betula 包括 Acuminatae、Betula、Costatae 和 Dahuricae 四个组。

图2 包含多倍体和二倍体的桦木属种间关系。

为了推测多倍体可能的亲本，研究者利用包括几乎所有桦木属二倍体物种的参考序列，把多倍体物种的序列比对到该参考序列上，根据比对率及比对得到的序列数量推测出多倍体桦木可能的亲本；此外研究者利用二倍体亲本，对多倍体序列开展 Phase，并利用多倍体 Phased 后的序列构建系统发育（图2）。该研究不但为桦木属进化生物学的开展奠定了坚实的基础，也为其它困难属多倍体起源等研究提供了借鉴。该文章受到两位匿名审稿人的高度评价。

Reviewer #1“This is a very interesting paper on the evolution of an important temperate tree genus, Betula. It also provides a nice model for studying the evolution of allopolyploids. I enjoyed it greatly and greatly and look forward to see it in print.”

Reviewer#2“The authors of this paper utilize RADseq to resolve the evolutionary history of diploid Betula species as well as determine the origin of polyploid taxa. The methodology of this study is robust and I believe they conducted rigorous science to answer the proposed questions.”

浙江大学生命科学学院冯钰博士和王年课题组研究生丁君宜对Phylogenetic networks 分析提供了帮助。该研究受国家自然科学基金的资助和支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1055790321000592

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