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近日，《Journal of Systematics and Evolution》（JSE）在線發(fā)表了中國科學(xué)院武漢植物園胡光萬團(tuán)隊(duì)及其合作者的題為“Phylogenomics reveals the impacts of the African arid corridor on the evolution of Trichoneura (Poaceae)”研究論文。該研究通過完整葉綠體基因組和核基因分析，探討了非洲干旱走廊對(duì)禾本科毛蝰草屬（Trichoneura）植物演化的影響，揭示了該屬植物的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、分化歷史，并重建了其祖先分布區(qū)域，為理解非洲植物多樣性的分布模式和演化歷史提供了重要見解。
非洲干旱走廊是地質(zhì)歷史時(shí)期形成的干旱區(qū)域，貫穿非洲中部和南部，將原本連續(xù)的森林生態(tài)系統(tǒng)分割為多個(gè)孤立的棲息地。這一走廊的形成可追溯至中新世，當(dāng)時(shí)東非高原的抬升和本格拉寒流的增強(qiáng)導(dǎo)致了非洲的干旱化。研究發(fā)現(xiàn)，這一地質(zhì)事件直接導(dǎo)致了毛蝰草屬植物分布碎片化（圖1）。原本連貫的種群被干旱走廊分隔，逐漸演化出適應(yīng)不同生態(tài)位的獨(dú)立物種。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)毛蝰草屬7個(gè)物種進(jìn)行了完整葉綠體基因組測序和核基因分析，重建該屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和分化歷史，結(jié)果表明：毛蝰草屬起源于約578萬年前的晚中新世，與非洲干旱走廊的形成時(shí)間高度吻合（圖2）。該屬最初分布在非洲西南部，隨后通過兩次擴(kuò)散事件與一次隔離事件，擴(kuò)散至東北非、南美與阿拉伯地區(qū)。其中，毛穎草（T. mollis）的基因組分析尤為引人注目：這種廣泛分布于非洲的植物，其基因竟與南美的林德利草（T. lindleyana）高度相似（圖3），暗示了跨大西洋擴(kuò)散的可能性。
此外，研究團(tuán)隊(duì)通過生態(tài)位模型模擬研究揭示了毛蝰草屬物種對(duì)干旱環(huán)境的驚人適應(yīng)性。模擬結(jié)果顯示，這些植物偏好半干旱沙漠、稀樹草原和熱帶干燥森林等生境。盡管分布碎片化，它們?cè)诓煌箨懙纳鷳B(tài)位卻高度重疊，展現(xiàn)出“系統(tǒng)發(fā)育生態(tài)位保守性”。更值得注意的是，模型預(yù)測象草（T. eleusinoides）的適宜分布區(qū)可能沿干旱走廊向東北非擴(kuò)張，為未來氣候變化下預(yù)測物種遷移提供了科學(xué)依據(jù)。
中國科學(xué)院武漢植物園已畢業(yè)博士研究生Millicent Akinyi Oulo為論文第一作者，胡光萬研究員為論文的通訊作者，該研究聯(lián)合了來自英國皇家植物園邱園的Maria S. Vorontsova博士的參與，并由英國皇家植物園邱園提供了重要的研究材料。研究得到了湖北省科技計(jì)劃（2022EHB031）、國家自然科學(xué)基金（32270228）、江夏實(shí)驗(yàn)室（JXBS010）、中國科學(xué)院（151853KYSB20190027、SAJC202401)、和邊沁莫克森基金（BMT18‐1021）等多項(xiàng)基金的資助。
圖1. 毛蝰草屬在非洲的分布示意圖
圖2. 基于73個(gè)蛋白編碼基因的狗牙根族（ Cynodonteae）物種分化時(shí)間估算（毛蝰草屬以紫色顯示）
圖3. 毛蝰草屬祖先區(qū)域重建（基于 RASP 軟件中的 DIVALIKE 模型）