《American Journal of Botany》：A tribal-scale phylogenomic perspective on ancestry and major lineages of the allotetraploid Hawaiian silversword alliance (Madieae, Compositae)
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摘要翻译：
**前提**：解析岛屿植物谱系的祖先对于阐明其演化历史至关重要，但多倍化（polyploidy）——这一在遥远岛屿植物区系中过度存在的条件——常使该解析过程复杂化。研究人员采用系统发育基因组学方法，研究四倍体夏威夷银剑联盟（Hawaiian si
摘要翻译：
**前提**：解析岛屿植物谱系的祖先对于阐明其演化历史至关重要，但多倍化（polyploidy）——这一在遥远岛屿植物区系中过度存在的条件——常使该解析过程复杂化。研究人员采用系统发育基因组学方法，研究四倍体夏威夷银剑联盟（Hawaiian silversword alliance）亚基因组的起源，以增进对这一重要适应辐射（adaptive radiation）案例的理解。
**方法**：研究人员以北美二倍体焦油草（tarweed）的组装序列作为分支参考（clade references），将来自461个靶向捕获核基因座（target-capture nuclear loci）的序列定相（phased）至四倍体银剑联盟（Compositae）的亚基因组。研究人员对定相后的基因座进行了最大似然（maximum-likelihood）和多物种溯祖（multispecies-coalescent）分析，分析中分别包含和不包含整个Madieae族内二倍体谱系的代表。
**结果**：银剑联盟的异源多倍化（allopolyploid）起源得到证实，其中亚基因组A（subgenome A）稳定定相至*Anisocarpus madioides*，亚基因组B（subgenome B）定相至“*Madia*”谱系内其他三个亚谱系的二倍体代表。系统发育基因组学分析表明，*Anisocarpus madioides*与亚基因组A的关系比与其他焦油草（包括*Anisocarpus scabridus*）更为密切。银剑联盟的亚基因组树彼此高度一致，且与谱系间的结构性基因组差异高度一致。
**结论**：这些结果表明，银剑联盟与现存加利福尼亚焦油草的关系比以往认知的更为紧密。*Anisocarpus madioides*具有银剑联盟祖先所预期的染色体和生态性状，包括多年生焦油草中最广的地理分布范围，以及完全包裹果实的粘性苞片。在银剑联盟内部，对四个主要分支的有力支持强化了染色体互换（chromosomal interchanges）的系统发育价值，并印证了Asa Gray关于神秘藤本植物*Dubautia latifolia*的分类学见解。
论文解读：
**研究背景与科学问题**
岛屿植物谱系常为适应辐射的经典范例，但其中许多谱系在祖先阶段即发生多倍化（polyploidy），这为解析其演化历史带来显著困难。在菊科（Compositae）这一岛屿上多样性最高的植物科中，全球约40%的岛屿辐射类群涉及杂交与多倍化。多倍化被认为有利于远距离扩散至岛屿及后续的岛屿多样化，然而，由于缺乏将多倍体中的低拷贝核基因座准确归属至各亚基因组（subgenome）的有效方法，年轻且祖先多倍化的辐射类群的精细演化与生物地理学研究长期受阻。若与多倍化事件同源的岛外近亲已灭绝或未知，这一限制在解析岛屿辐射谱系的祖先时尤为突出。
夏威夷银剑联盟（Hawaiian silversword alliance，Madiinae–Madieae，Compositae）是适应辐射的著名代表。早期实验与分子系统发育证据已表明其具有异源四倍体（allotetraploid）祖先，且其两个亚基因组分别与大陆“*Madia*”谱系的不同二倍体亚谱系关系更近。然而，亚基因组与现存北美焦油草（tarweed）的精确关系仍不确定；同时，尽管基于细胞遗传学、核糖体DNA（nrDNA）、质体DNA及核调控基因的数据已对该辐射类群有了相当程度的分辨，但广泛的核质不一致（cytonuclear discordance）、其他系统发育冲突以及部分关系缺乏强支持，凸显了利用大量核基因开展系统发育基因组学研究的必要性。
**研究内容与结论**
研究人员采用系统发育基因组学方法，利用来自461个靶向捕获核基因座的数据，以北美二倍体焦油草为分支参考，将夏威夷银剑联盟四倍体序列定相至两个亚基因组，并在整个Madieae族范围内进行系统发育基因组学分析。结果表明，现存北美焦油草可作为有效的分支参考，银剑联盟的异源多倍化起源得到基因组规模数据的证实。其中亚基因组A与现存物种*Anisocarpus madioides*关系最为密切，这一关系比以往认知的更为紧密；亚基因组B则与“*Madia*”谱系中另三个亚谱系的二倍体代表相关，但其精确位置仍存一定不确定性。基于定相序列的系统发育分析在银剑联盟内部稳定支持四个主要分支，分别对应*Argyroxiphium*、*Wilkesia*、*Dubautia* sect. *Dubautia*以及*D. latifolia* + *D.* sect. *Railliardia*。这些结果与细胞遗传学证据高度一致，并支持将*Anisocarpus scabridus*归回*Raillardiopsis*属的分类学处理。
**关键技术方法**
研究样本涵盖银剑联盟所有属、所有已知染色体结构基因组，以及Madieae族中所有具二倍体多样性的属和亚族，凭证标本信息见附录1。主要技术方法包括：（1）靶向捕获（target capture）：基于*Dubautia latifolia*和*Wilkesia gymnoxiphium*叶转录组设计461个推定单拷贝核基因座的探针（19,854条80 nt探针）；（2）基因组装与定相：利用HybPiper 2组装二倍体序列，利用HybPhaser中的BBSplit将四倍体序列按分支关联（clade association）分配至二倍体参考，并以四对参考组合进行读段定相；（3）系统发育基因组分析：采用MAFFT比对、trimAl修剪，IQ-TREE进行最大似然（ML）分析，ASTRAL进行多物种溯祖（“物种树”）分析，以*Venegasia carpesioides*为外群；（4）性状映射：利用phytools在超度量树上进行最大似然性状祖先状态重建；（5）染色体数目演化推断：利用chomEvol 2.0基于似然法估计“*Madia*”谱系的染色体数目演化。
**研究结果**
*二倍体基因组装*：461个靶基因中，除*Centromadia pungens*（456个）和*Lasthenia californica*（457个）外，其余样本均恢复459–461个基因；每样本靶序列总长583–603.9 kb，覆盖深度约134–5642×。
*多倍体基因组装*：分支关联分析显示，银剑联盟读段与*Anisocarpus madioides*的平均明确关联比例最高（0.392），约为第二名*A. scabridus*（0.199）的两倍。基于*A. madioides*与*A. scabridus*定相的组装保留了全部461个基因座，而另三对参考组合仅保留48–58%的基因座。
*银剑联盟亚基因组水平的系统发育分辨率*：以*A. madioides*分别与*A. scabridus*、*Carlquistia muirii*或*Kyhosia bolanderi*配对定相的无根ASTRAL树均将银剑联盟序列分为两个对应不同参考的亚基因组分支，且四个主要分支具有完全一致的解析；而仅以*C. muirii*与*K. bolanderi*配对时，同一物种定相至不同参考的组装聚在一起，表明两者主要定相至同一亚基因组。
*族级系统发育基因组结果*：全族尺度分析中，银剑联盟为单系，嵌套于“*Madia*”谱系内。当银剑联盟序列定相至*A. madioides*时，其在该多物种溯祖树中始终为*A. madioides*的强支持姊妹支；而定相至其他三种参考时，银剑联盟与*A. madioides*及一个由*Carlquistia*、*Harmonia*、*Jensia*和*Madia*组成的强支持分支构成的关系不确定（LPP 0.38–0.82）。
*表型性状映射*：最大似然性状重建表明，多年生习性、盘花花冠的冠毛存在、盘花两性、自交不亲和性及舌状花在Madieae族中均为祖先性状，并在银剑联盟祖先中得以保留，但*Anisocarpus madioides*及其近缘谱系中发生了自交亲和性及盘花雄性功能的衍生变化。叶缘深裂在“*Calycadenia*”和“*Layia*”谱系中多次独立演化，但在包含银剑联盟的深枝系中缺失。
*染色体数目演化*：基于两个亚基因组树的似然推断表明，“*Madia*”谱系最近共同祖先及更深节点均以高概率（0.97–0.99）为2n = 7II，银剑联盟祖先为2n = 14II（概率0.98–0.99），在*Dubautia* sect. *Railliardia*内发生下降性非整倍性（descending dysploidy）至2n = 13II，该状态在*D. arborea*与*D. herbstobatae*最近共同祖先中获得最佳支持（0.91–0.94）。
**讨论与结论总结**
讨论部分指出，银剑联盟亚基因组间差异足够大且与现存二倍体焦油草基因组足够相似，使定相策略成功成为可能，从而以基因组规模数据证实了该夏威夷辐射类群的异源多倍化起源。亚基因组A与*Anisocarpus madioides*的紧密关系表明该物种的多年生习性、7对染色体、粘性苞片包裹果实等性状符合殖民祖先的预期，其最广的地理分布也支持其高扩散能力。亚基因组B的精确关系尚不明确，可能反映谱系分化顺序或分化后同源交换（homeologous exchange）等过程。银剑联盟内部四个主要分支的强支持解决了*Dubautia latifolia*这一独特藤本物种的系统位置，并与细胞遗传学证据一致，支持将其置于*sect. Railliardia*的姊妹位置。族级性状映射揭示了该族多年生祖先、自交不亲和性祖先状态及多次独立的性状转变。分类学上，研究支持将*A. scabridus*归回*Raillardiopsis*属。
研究结论翻译如下：利用二倍体焦油草参考将测序读段定相至亚基因组，使得无需参考基因组即可对异源四倍体银剑联盟进行核系统发育基因组分析。幸运的是，现存北美焦油草*Anisocarpus madioides*与银剑联盟两个亚基因组之一的亚基因组A关系密切，而“*Madia*”谱系的其他北美成员（如*A. scabridus*、*C. muirii*、*K. bolanderi*）在与*A. madioides*配对时，对另一亚基因组（亚基因组B）仍保有足够的相似性而可作为有效参考。对银剑联盟亚基因组关系的深入理解其意义不止于系统发育基因组学本身。随着银剑联盟参考基因组的开发，明确各亚基因组现存最近亲属将有助于解析多倍化后的分子与染色体演化，并为理解地球上最壮观的适应辐射之一的基因组基础提供更为精细的视角。
