研究揭示壳斗目形态多样性演化

有花植物类群生活史与形态特征展现出丰富的多样性，而理解表型多样性或差异性如何在地质时间尺度上形成和演化，是进化生物学的核心目标之一。尽管已有研究聚焦被子植物物种多样化的宏观模式，探讨植物类群性状差异的时间动态规律，但性状差异的驱动过程及其与基因组演化的关联性仍存在认知空白。

前期有研究认为形态多样性与物种多样化存在关联，但多项研究不支持这一推论。植物创新性状的产生可能与基因组加倍事件导致的基因复制相关，且新性状演化常发生在基因组冲突显著的系统发育节点。这表明，通过性状与基因组数据的联合分析，有望揭示性状演化的可能机制。因此，有必要对性状演化、基因组变化及多样化过程进行整合分析，以探讨三者间的内在联系。

壳斗目是温带与亚热带森林的重要组成成分，其中较多物种是建群种和优势种。壳斗目拥有丰富的化石，是将化石证据整合到植物进化研究的模式系统。该类群兼具高的物种多样性与性状多样性，但其演化的驱动机制尚不明确。

近日，中国科学院昆明植物研究所伊廷双团队与李德铢团队，联合美国密歇根大学Stephen A. Smith团队，整合多种证据揭示了壳斗目性状多样化“早期爆发”的模式，发现性状演化常与基因复制相关，而物种多样化与性状多样化和基因组进化无直接相关性。

该研究利用壳斗目156个物种（新测序149个）的转录组数据和232个物种（包含52个灭绝物种）的性状数据，构建了一棵包含化石种的壳斗目植物系统发育树，进一步明确壳斗目系统发育框架，解析了桦木科、胡桃科、壳斗科内部此前存在争议的亲缘关系。研究发现，壳斗目起源于早白垩纪，干群年龄约1.085亿年，冠群年龄约1.05亿年；现存7个科的冠群分化均发生于白垩纪。研究显示，胡桃科共有一个全基因组加倍事件，以及12个壳斗目的基因加倍节点。桦木亚科、胡桃亚科的属间关系存在基因树冲突，壳斗科栎亚科系统发育中冲突显著。性状演化结果表明，早新生代时期壳斗目形态空间与现在相近，符合性状分化的“早期爆发”模式，且表型进化与基因复制事件相关，与基因冲突不相关。物种多样化与性状和基因组进化模式不相关，检测到的5个物种多样化速率变化显著节点与基因重复或性状创新无直接关联，表明植物多样性在地质时间尺度上演化的多维性。

相关研究成果在线发表在《植物学报（英文版）》（Journal of Integrative Plant Biology）上。研究工作得到国家自然科学基金、科技基础资源调查专项、云南省相关项目的支持。

论文链接

壳斗目化石校准的系统发育时间树

壳斗目的时间形态空间演化和7个科的形态空间大小。A、B和D基于现存和灭绝的物种，C仅基于现存物种；A显示了壳斗目性状演化的“早期爆发”模式。