Nature Comm | 打破认知， “专性”榕树-榕小蜂传粉系统存在极端混乱的协同进化历史

BioArt植物 · 公众号 · · 2021-02-04 00:00

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来源 | 中科院版纳植物园

视频：榕树与榕小蜂的私生活

榕树是桑科榕属800多种植物的统称，广泛分布在全球热带和亚热带地区，包含着很多明星植物，比如很多人爱吃的无花果，佛祖顿悟的菩提树和各种独树成林的绞杀榕等。

由于榕树的花都藏在内部，人们看不到榕树开花就能结果，就把榕树的果实称为“无花果”。榕果顶端留有通道，可在花期释放特殊气味，吸引并允许特化的传粉榕小蜂钻入。榕小蜂在榕果内为雌花授粉的同时，还会在一部分雌花的子房内产卵，生儿育女，未被榕小蜂产卵的雌花则发育成种子。

特殊的形态结构、化学信号和生活史发育上的高度匹配性，使得榕树和榕小蜂之间形成了高度专性的互惠共生关系。两者已经经历了大约7500万年的协同进化过程，全球800多种榕树都有对应主要榕小蜂为其传粉。作为目前已知的专一性最强的传粉系统，榕树-榕小蜂互惠共生系统成为研究植物与传粉昆虫的专性协同进化如何促进物种多样化的模式系统。

木瓜榕（存在广泛的杂交）

近日，中国科学院西双版纳热带植物园动植物关系研究组领衔国内外12家研究机构，通过对榕属主干类群代表物种的基因组测序和分析，研究发现 榕属植物种间杂交和传粉者宿主转移普遍发生，贯穿于榕树-榕小蜂的长期协同进化历史 ，强调了榕属水平上的发散式协同进化对双方物种多样化的重要影响力。 该结论打破了学术界长期广泛认可的严格专性协同进化是促进榕树-榕小蜂这一经典专性传粉系统协同多样化主要机制的观点。 研究结果以“ Genomic evidence of prevalent hybridization throughout the evolutionary history of the fig-wasp pollination mutualism ”为题，发表在国际期刊 Nature Communications 上。

本研究也是版纳植物园继2020年在Cell期刊上与福建农林大学合作发表榕-蜂基因组，揭示榕树气生根发育、性别决定和榕蜂协同多样化分子机制之后的又一篇榕树力作（延伸阅读： Cell | “榕城”学者联合西双版纳科学家解析榕树气生根、性别决定和榕-蜂共演化机制）。

该研究对榕属植物主干类群代表物种进行基因组重测序，结合已发表的对应传粉榕小蜂系统树进行综合分析， 主要研究结果如下：

1、研究结果支持榕树主干类群间存在历史同域分布。 基于溯祖原理和贝叶斯一致性原理的物种树推算得到涵盖榕属主干分支的迄今最可靠的物种树，两者虽然存在基部类群偏好上的差异，都支持榕属植物的主干分支均存在100-10000万年同域分布历史，这为不同类群之间的古老杂交渐渗提供了时空共存的前提基础。

2、研究揭示普遍的杂交渐渗贯穿整个榕属进化历史。 基于三种杂交渐渗检测方法（ABBA-BABA D-statistics，PhyloNetworks和BUCKy）均支持榕树主干类群之间存在广泛的古老杂交渐渗事件。ABBA-BABA D-statistics方法检测到最多的杂交渐渗事件，涵盖了所研究的榕属全部古老或年轻类群；BUCKy检测到的杂交事件数次之，检测到杂交关系涵盖了除美洲白肉榕组之外的全部其它榕属主要类群；PhyloNetworks检测到了4组榕属内杂交关系。且后两种方法的杂交检测结果都被第一种方法的结果所支持。同时该结果也提供了少有的涉及远达5000-8000万年前的被子植物古老杂交渐渗的验证。

基因组分析，发现榕树历史上广泛杂交

3、研究发现榕属植物存在明显的核质系统树冲突和叶绿体基因组系统关系的地理聚类。 无论使用何种榕属核基因组系统树，都检测到核基因-叶绿体基因组-线粒体基因组系统树结构的明显不一致性，甚至同为细胞器基因组的叶绿体和线粒体系统树之间亦存在较大冲突。三套基因组组的共进化分析（cophylogenetic analysis）推测两类细胞器基因组相对于核基因组，甚至彼此之间，发生了高比例的基因组转移（associate switch）和基因组丢失（associate loss）事件，符合频繁双向杂交渐渗的预测结果。另外基于已经发表的59种榕树的叶绿体基因组系统树与地理分布数据的重分析显示，榕树叶绿体基因组系统树不支持榕树任何6个亚属的分类，但却表现出明显的按地理分布成簇的系统树结构。以上结果均符合同域分布物种具有更频繁的基因交流和细胞器基因组捕获可能性的预测。

Nature Comm | 打破认知， “专性”榕树-榕小蜂传粉系统存在极端混乱的协同进化历史

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