基于低拷贝核基因与形态-解剖性状解析Dryadoideae（蔷薇科）属间系统发育关系

《Molecular Phylogenetics and Evolution》：Phylogenetic relationships of Dryadoideae (Rosaceae): insights from low-copy nuclear genes and morphological-anatomical characters

　　

利用核基因数据以高支持度解析了仙女木亚科（Dryadoideae，蔷薇科Rosaceae）的属间系统发育关系。ASTRAL分析与拼接分析（concatenated analysis）恢复了相同的拓扑结构。ASTRAL分析显示，在界定属间关系的较短内部枝条上，基因树之间存在不一致性。部分形态性状及叶解剖性状与该系统发育关系相符。

Dryadoideae是蔷薇科（Rosaceae）中一个物种较少但生态上重要的亚科，包含Cercocarpus、Chamaebatia、Dryas和Purshia四个属，均具有结瘤固氮能力，常为生态演替的先锋类群。尽管其单系性在多数分子系统学研究中获得支持，但四个属之间的相互关系长期存在争议。早期基于质体基因组数据的分析恢复Purshia与Cercocarpus为姐妹群；转录组与部分质体基因研究则得到Cercocarpus与Chamaebatia姐妹、Purshia与二者构成姐妹群的不同结果；基于通用Angiosperms353探针的靶向富集数据也在不同分析方法（ASTRAL、SVDquartets、RAxML）下呈现不一致的属间拓扑，且支持率普遍偏低。导致基因树与物种树不一致的原因可能包括不完全谱系排序（incomplete lineage sorting, ILS）、杂交/基因渐渗（introgression/hybridization）、基因重复与丢失以及多倍化等。为获得更可靠的属间系统发育框架，需要采用数量较多且独立分化的低拷贝核基因（low-copy nuclear genes, LCNG）并进行更广泛的物种取样。该研究正是基于这一需求，利用针对Prunus设计、包含610个单/低拷贝核基因的探针进行Hyb-Seq，并结合形态与叶解剖性状进行综合分析。研究人员共采集42个样本，涵盖四个属共31个物种（Cercocarpus 19、Dryas 5、Purshia 5、Chamaebatia 2）以及3个外类群，材料来自野外采集和标本馆（如美国史密森尼国家自然历史博物馆标本馆US、墨西哥国立标本馆MEXU）。基因组DNA经CTAB或SDS法提取并构建文库，经探针杂交捕获后在Illumina NovaSeq 6000平台测序；原始序列经质控与HybPiper组装，经平行同源（paralog）筛选后保留148个基因座。基因树使用IQ-TREE构建，物种树使用加权ASTRAL（wASTRAL-h）推断，并以串联矩阵在IQ-TREE下进行最大似然（maximum likelihood, ML）分析；基因树不一致模式使用Phytop分析，计算ILS指标（ILS-i）和基因渐渗/杂交指标（IH-i）。此外，还编码了21个形态与叶解剖性状并映射到系统树上。结果部分包括三个方面。**核基因数据特征**：38个样本最终保留用于系统发育分析；三个Dryas样本因基因覆盖率低被排除，一个Purshia tridentata样本因平行同源比例过高被排除；保留的148个基因座平均长度为1222 bp（204–4,851 bp），平均变异位点比例为28%，平均简约信息位点比例为20%，缺失数据平均为1.6%。**Dryadoideae的系统发育关系**：ASTRAL物种树以高支持度恢复Dryadoideae为单系（局部后验概率LPP=1），四个属均为单系；Dryas位于其余三属的基部，为姐妹群；Purshia与Chamaebatia互为姐妹（LPP=0.97），二者共同与Cercocarpus构成姐妹群；属内关系如Cercocarpus的两个主要分支亦获高支持。串联ML分析得到完全相同的属间拓扑，且各节点支持率为100%。四分体频率分析显示，支撑Dryas位置和Purshia+Chamaebatia节点的q1比例仅为0.54和0.43，说明大量基因树携带替代拓扑；Phytop检测到这两个属间节点的ILS-i分别高达69.1%和85.8%，IH-i均为0%，表明属间基因树不一致与ILS信号相符，而未检测到显著的属间渐渗/杂交信号。然而，在4个属内节点（如Dryas内、Cercocarpus内）检测到IH-i为15.2%和30.7%，提示杂交/渐渗可能主要发生在属内。**形态与叶解剖性状分析**：性状映射显示Dryas以高数量的萼片、花瓣、心皮以及多细胞无腺毛而与其余三属区分；包含Cercocarpus、Purshia和Chamaebatia的分支则以5个萼片、少于50个心皮、无异形细胞（idioblast）和不具该类型毛被为特征，并具异形细胞及主次脉中的次生生长。Cercocarpus无花瓣、具管状花托，并有气孔窝而无腺毛；Purshia+Chamaebatia分支具5个花瓣、倒圆锥状至漏斗状花托；Chamaebatia则具有独特的S形垂周壁、大量腺毛以及高度分裂的叶片。但并非所有性状都与系统树完全对应，例如单生花在Dryas和Purshia中均有出现，具下皮（hypodermis）的性状在Purshia和Cercocarpus中均存在，暗示部分性状在演化中经历了独立获得或丢失。讨论部分指出，本研究的属间拓扑与先前基于Angiosperms353探针及质体数据的假设均不同，且首次在Dryadoideae中依靠核基因和广泛物种取样实现该分辨率。特定类群探针（Prunus探针）可能比通用探针提供更强的系统发育信号，但采样和分析差异也可能影响拓扑。Phytop的结果支持ILS在属间节点中的作用，但不能排除基因树估计误差等其他因素；识别出的属内IH信号需要结合谱系网络或其他统计方法进一步验证。结论方面，研究人员强调，本研究是首个对Dryadoideae进行广泛物种取样的核基因系统发育研究，为四个属之间的关系提供了高支持度的假说，并首次为大多数物种生成了低拷贝核基因数据；ASTRAL与串联分析恢复了一致的属间拓扑；形态与叶解剖性状的映射凸显了若干与系统发育相符的性状组合，同时也呈现出同塑性。基于Hyb-Seq脱靶reads获得的质体基因组数据正在分析中，可作为该框架的补充，为未来探索基因树不一致、短内部枝条以及形态与解剖性状演化提供基础。