《Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics》:An integrative approach underlines the genomic and morphological divergence of Alpine and Apennine populations of
Astragalus onobrychis (Fabaceae), supporting the description of two new species
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广泛分布的草原豆科植物Astragalus onobrychis含有大量隐蔽多样性。在阿尔卑斯山脉、亚平宁山脉和潘诺尼亚盆地中,可以区分出三个实体。其中一个实体通过另外两个实体的跨倍性水平杂交而进化。由于这三个实体在不同水平(基因组、形态)上明显分化,研究人员
广泛分布的草原豆科植物Astragalus onobrychis含有大量隐蔽多样性。在阿尔卑斯山脉、亚平宁山脉和潘诺尼亚盆地中,可以区分出三个实体。其中一个实体通过另外两个实体的跨倍性水平杂交而进化。由于这三个实体在不同水平(基因组、形态)上明显分化,研究人员描述了科学上的两个新种。
《Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics》近期发表的一项研究,采用整合方法对广泛分布于欧亚草原的Astragalus onobrychis(豆科)西部分布区(阿尔卑斯、亚平宁和潘诺尼亚盆地)的种群进行了基因组和形态学分析,正式描述了两个新种:A. italicus和A. vallium-aridarum,并揭示了其杂交起源与保护意义。
研究背景:欧亚草原带在更新世和全新世经历了冰期扩张与间冰期森林扩展所导致的破碎化,欧洲外带草原(extra-zonal steppes)与带状草原(zonal steppes)在遗传上存在显著区别。Astragalus是豆科中约含3100种的大属,其Hypoglottis支系约在5 Ma开始分化。Astragalus onobrychis形态和细胞学多样性高,分布从西阿尔卑斯直至阿尔泰。先前的研究基于限制性位点相关DNA测序(RADseq)和质体标记,发现该物种内存在按倍性明显区分的多个谱系:八倍体分布最广,二倍体主要在巴尔干和黑海北部,四倍体则分布于东南阿尔卑斯和亚平宁。然而,这些谱系间的系统关系、基因流模式及形态差异仍未得到充分解析;该物种长期被处理为一个广泛定义的种并包含约45个异名,其真实的隐蔽多样性被严重低估。为此,研究人员聚焦其西部分布区,结合基因组和形态数据,旨在厘清谱系分化与杂交历史,并评估其分类学地位。
研究方法:研究人员对来自46个群体的135个个体进行了3RADseq简化基因组测序,并以3个A. goktschaicus个体作为外群;样本覆盖阿尔卑斯、亚平宁和潘诺尼亚盆地。通过NeighborNet网络展示亲缘关系,使用Dsuite进行ABBA-BABA检验和f-branch统计推断基因流。同时,利用流式细胞术(FCM)测定相对基因组大小(RGS)并推断倍性。形态计量方面,对165个个体、44个群体测量了26个性状,经筛选保留19个性状,进行主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA),并以留一交叉验证(LOOCV)评估分类准确性。最后按IUCN红色名录标准评估保护等级。
研究结果:
3.1 相对基因组大小与倍性变异:流式细胞术显示三个实体呈现两个不连续的相对基因组大小类别:四倍体A. italicus的RGS为0.95–1.00,八倍体A. vallium-aridarum和A. onobrychis s. str.的RGS分别为1.87–1.99和1.90–1.98;后两者的RGS无显著差异。
3.2 群体基因组结构与基因流:NeighborNet网络显示三个主要分支分别对应A. italicus、A. vallium-aridarum和A. onobrychis s. str.。A. italicus与A. onobrychis s. str.沿长分支分离,而A. vallium-aridarum内部几乎没有共享分支,并进一步分为西、东阿尔卑斯两组。群体基因组结构显示A. italicus内部存在三个地理亚组(东南阿尔卑斯、北亚平宁、中亚平宁),A. vallium-aridarum存在显著的西-东分化。ABBA-BABA检验在两种备选拓扑下均检测到显著多余的等位基因共享,f-branch分析将信号定位到A. vallium-aridarum,显示其与A. onobrychis s. str.南部群体以及A. italicus东南阿尔卑斯群体共享等位基因,支持其起源于跨倍性杂交。
3.3 形态计量学:方差分析和Tukey HSD检验显示24个性状在三个实体间存在显著差异。PCA和LDA清楚区分三个实体,LOOCV总体正确率达93.3%,其中A. italicus为95.3%,A. vallium-aridarum为93.5%,A. onobrychis s. str.为89.6%。A. onobrychis s. str.具较多的花、较长的花萼齿、花序梗、苞片和叶片;A. vallium-aridarum比A. italicus具有更宽的叶片和小叶以及更大的花部器官。
3.4 保护现状:基于分布数据,A. italicus的占有面积(AOO)为60 km2,分布范围(EOO)为70,085 km2,符合IUCN标准B2ab(iii),评为易危(VU);A. vallium-aridarum的AOO为608 km2,EOO为81,605 km2,虽存在区域种群下降,但尚未达到受威胁等级,评为近危(NT)。
讨论与结论:三个实体严格异域分布,遗传分化深度不同。A. vallium-aridarum的杂交起源得到多条证据支持:NeighborNet拓扑显示其接近父母本等位基因的加性组合,f-branch统计显示其与双方亲本共享显著多余的等位基因,其质体单倍型属于A. onobrychis s. str.所在的北方谱系,而核基因数据则将其与A. italicus相关联。这些证据表明A. onobrychis s. str.是母本,A. italicus通过未减数花粉作为父本参与了杂交。形态上,A. vallium-aridarum并非完全介于亲本之间,部分性状呈越界特征,如更宽的旗瓣、翼瓣、萼筒和小叶。基于强基因组和形态分化、无基因型中间种群以及异域分布,研究人员正式描述A. italicus和A. vallium-aridarum为两个新种,并将潘诺尼亚及以东的八倍体谱系限定为A. onobrychis s. str.。分类修订对保护意义重大,两个新种的灭绝风险差异显著(VU与NT),此前因被归入广泛种而遭到掩盖。研究人员强调,巴尔干、安纳托利亚、高加索等东部谱系的分类仍需专门研究,目前宜归入A. onobrychis s. l.。