东亚蔷薇属合柱组叶绿体基因组揭示的遗传渗入与复杂进化历史

本研究针对东亚蔷薇属合柱组(Rosa sect. Synstylae)物种复杂的系统发育关系，通过叶绿体基因组和单倍型分析揭示了该组植物在东亚植物区系中的遗传渗入(genetic introgression)和进化历史。研究人员发现7个叶绿体单倍型群，证实了叶绿体基因组沿地理梯度而非物种界限的分化模式，揭示了气候波动和地理隔离对物种分化的影响，并通过核质系统发育冲突证实了广泛的遗传渗入现象。该研究为理解东亚植物区系物种形成机制提供了重要证据。

　　

蔷薇属(Rosa)作为重要的观赏植物和经济作物，其野生种质资源对现代月季育种具有不可替代的价值。东亚地区分布的合柱组(Synstylae)蔷薇因其丰富的物种多样性和频繁的自然杂交现象，成为研究植物适应性进化和物种形成的理想材料。然而，长期的遗传渗入(genetic introgression)和杂交事件使得该组的系统发育关系扑朔迷离，物种界限模糊不清。传统分类学依据形态特征将东亚合柱组蔷薇分为全缘托叶系的喜马拉雅-中国系列(Brunonianae)和锯齿托叶系的多花系列(Multiflorae)，但这种分类是否反映真实的进化关系尚不明确。

韩国成均馆大学、日本东北大学和中国台湾中山大学的研究人员合作，通过对54个野生居群的叶绿体基因组测序和单倍型分析，揭示了东亚合柱组蔷薇复杂的进化历史。研究发现发表在《Botanical Studies》上的这项成果表明，东亚合柱组蔷薇的叶绿体基因组分化主要沿地理梯度而非物种界限进行，气候波动导致的居群片段化和重组是驱动分化的关键因素。研究还通过核质系统发育冲突证实了广泛的遗传渗入现象，并发现两个可能的杂交成种事件。

研究采用叶绿体基因组测序和四个高变基因区(ndhF、rbcL、rpoC1和ycf1)分析技术，对来自东亚不同地区的54个野生居群样本进行测序。通过最大似然法(ML)和贝叶斯推断(BI)构建系统发育树，使用TCS软件进行单倍型网络分析，并利用BEAST2进行分化时间估算。分子钟标定采用化石记录和次级校准点相结合的方法。

叶绿体基因组特征与系统发育推断
研究组装了5个日本和台湾特有物种的完整叶绿体基因组，长度在156,487-156,604 bp之间，具有典型的四部分结构。系统发育分析将东亚合柱组蔷薇分为5个单倍型群(A-E)，其中喜马拉雅-中国系列物种分布在A、B群，而多花系列物种集中在C-E群。分子钟估算显示这些单倍型群的分化发生在更新世(2.56-1.28 Mya)。

单倍型网络与地理分布
单倍型网络分析进一步识别出6个单倍型群(C-G)。研究发现单倍型分布具有明显地理格局：C群主要分布于日本列岛，D群为台湾特有，E群广泛分布于中日亚区，而F、G群分别局限于中国东部和日本列岛。广泛分布的物种如R. multiflora包含多个单倍型，而分布区狭窄的特有种如R. transmorrisonensis则具有独特单倍型。

遗传渗入与杂交证据
核质系统发育的显著冲突支持了遗传渗入的普遍存在。研究证实R. lichiangensis可能是R. soulieana(母本)和R. multiflora var. cathayensis(父本)的杂交后代，而R. pricei则可能源自R. taiwanensis的母本贡献。单倍型共享现象表明，叶绿体基因组的遗传漂变(genetic drift)跨越了物种界限。

讨论与结论
这项研究揭示了东亚合柱组蔷薇复杂的进化历史。更新世气候波动导致的生境片段化和重组是驱动叶绿体基因组分化的主要因素，通过建立者效应(founder effect)和遗传漂变促使单倍型沿地理梯度分化。核质系统发育冲突证实了遗传渗入在物种形成中的重要作用，杂交事件促进了该组的物种多样化。

该研究的创新性在于：首次在基因组尺度上揭示了东亚合柱组蔷薇的叶绿体单倍型地理格局；证实了遗传渗入在蔷薇属物种形成中的普遍性；为理解东亚植物区系的物种形成机制提供了新视角。这些发现不仅对蔷薇属的系统分类和进化研究具有重要意义，也为野生蔷薇资源的保护和利用提供了科学依据。特别是对月季育种而言，了解野生近缘种的遗传背景和进化关系，有助于发掘更多有价值的育种材料。