中科院华南植物园二型花柱进化研究取得新进展

  • 袁帅、石苗苗 (中国科学院华南植物园)
  • 创建于 2018-02-12
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  自从达尔文时代以来,植物交配系统的进化受到了众多科学家的热情关注,其中从异花授粉向自花授粉的转变是其中最显著的一种。异花授粉为主的二型花柱多态性向自花授粉为主的同型花柱的进化正代表了这样的进化模式。这种交配系统的转变对种群的繁殖生态,谱系地理,群体遗传和进化产生了显著的影响。报春花属植物以中国西南山地为现代分布中心,历来是研究二型花柱进化的模式植物。其中,迎阳报春(Primula oreodoxa)是一个典型的代表,仅分布在四川盆地西侧的亚高山地区。复杂的花型多态性为我们研究促进二型花柱进化的生态因子及其遗传后果提供了理想的模式。 

  中科院华南植物园袁帅和石苗苗等科研人员在张奠湘研究员的指导下运用传粉生态学,群体遗传学和谱系地理学的手段研究了二型花柱向同型花柱转变过程中的三个问题:1)二型花柱和同型花柱的结构差异,地理分布差异和繁殖特性差异;2)海拔高度是否影响传粉昆虫的访花频率和种群的近交程度?3)二型花柱向同型花柱转变的频率是多少,由此带来什么样的遗传后果?研究结果表明,同型花柱类型比二型花柱结更多的果实和种子,尽管前者的长喙昆虫访花频率更低。由于能够自然自花授粉(繁殖保障),同型花柱在进化中取得优势,尽管其遗传多样性有所降低。随着海拔升高,长喙昆虫访花频率降低,种群的近交程度升高。受限的传粉昆虫访花频率和同型花柱的繁殖保障作用是二型花柱向同型花柱进化的主要原因。这些研究结果为交配系统转变中的生态因子的作用及其遗传的变化提供了有力证据。 

  相关研究得到国家自然科学基金(U1202261, U1603231,31400209)的支持。相关研究成果以已发表在国际学术期刊Annals of Botany (2017, 120:775-789)上。该项目在进行过程中和加拿大进化生态学领域权威专家,多伦多大学Spencer Barrett 教授建立了长期合作关系。后期将就二型花柱和同型花柱的遗传基础,种群的进化微动态,生态因子对交配系统影响的实证研究方面展开深入合作。链接:https://doi.org/10.1093/aob/mcx098

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图1. 迎阳报春及其传粉者

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图2. 迎阳报春花型地理结构和谱系地理结构

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图3. 不同花型居群结实率和结籽率对比