新西兰太阳兰属植物(Thelymitra)的谱系数据揭示更高分类多样性及复杂杂交历史

这篇研究通过核基因(LFY)和质体基因(ycf1)测序，揭示了新西兰太阳兰属(Thelymitra)存在未描述的类群(tag-names)和广泛的杂交成种证据，首次应用纳米孔测序(nanopore sequencing)解析多倍体类群的多重序列拷贝，为兰科(Orchidaceae)分类修订和杂交起源研究提供了新方法。

　　

研究背景

太阳兰属(Thelymitra)是兰科中具有辐射对称花的特殊类群，新西兰现存15个物种和1个不育杂交种。澳大利亚近年对该属分类的快速修订使新西兰类群研究相对滞后。此前基于形态学的研究提出杂交和多倍化在6个物种起源中的作用假说，但缺乏分子证据支持。

研究方法

研究采集了52份新西兰太阳兰样本，覆盖所有已知物种和6个未描述类群。采用核基因LFY（含外显子1-2和内含子1）和质体ycf1进行测序，对多倍体类群创新性应用纳米孔测序技术直接获取多拷贝序列。系统发育分析采用最大似然法(RAxML-NG)和贝叶斯推断(MrBayes)。

关键发现

1. 分类学新证据：

   • ycf1系统树将新西兰类群分为6个组，LFY系统树分为5个组，支持多个未描述类群（如"Ahipara"、"Darkie"）的独立分类地位

   • T. pulchella的3个样本在质体系统树中分处不同分支，暗示其可能包含多个隐存种

   • T. colensoi呈现多系起源，样本分别与澳大利亚T. albiflora和T. pauciflora序列相同

2. 杂交起源验证：

   • 在6个类群中检测到LFY多拷贝（表3），首次分子证实Molloy假说：

     ? T. nervosa为T. ixioides（母本）与T. longifolia杂交起源（2n=40）

     ? T. hatchii存在T. formosa（母本）与T. longifolia/T. pauciflora的不同杂交事件

     ? "Darkie"（2n=60）显示新型杂交组合，母本可能为澳大利亚T. mucida

3. 技术突破：

   纳米孔测序成功解析多倍体类群的等位基因变异，无需传统克隆步骤即可获得：

   • T. carnea中同时检测到T. pauciflora样序列和未知亲本（类似T. antennifera）序列

   • T. pulchella中识别出T. pauciflora和T. cyanea的基因组合

争议与挑战

1. 物种复合体难题：

   • pauciflora复合体在ycf1中呈现单系性（新西兰样本与澳大利亚样本分化），但形态差异显著，可能反映：

     ? 过度分类（如T. cyanapicata可能为T. pauciflora异名）

     ? 谱系筛选不足（需GBS/RADseq等高分辨率数据）

2. 命名混乱：

   • T. cyanea与T. venosa的序列相同但形态差异，暗示现行分类可能误用Lindley(1840)原始概念

   • T. colensoi的命名历史复杂，涉及T. intermedia等异名混用

研究意义

1. 为新西兰太阳兰属修订提供分子框架，明确4个未描述类群的独立物种地位

2. 证实杂交在新西兰兰科辐射适应中的关键作用，尤其解释高染色体数物种（如2n=60,84）的起源

3. 建立纳米孔测序在植物多倍体研究中的新流程，克服传统Sanger测序的等位基因混淆问题

未来方向

1. 结合靶向捕获技术(target enrichment)解析更多核基因位点

2. 补充澳大利亚近年新描述物种（如T. peniculata）的分子数据

3. 开展跨塔斯曼海的生物地理学研究，验证7次 Pleistocene扩散事件的假说