近日，《Journal of Systematics and Evolution》(JSE)在線發(fā)表了中國科學院武漢植物園胡光萬團隊及其合作者的題為“Phylogenomics reveals the impacts of the African arid corridor on the evolution of Trichoneura(Poaceae)”研究論文。該研究通過完整葉綠體基因組和核基因分析，探討了非洲干旱走廊對禾本科毛蝰草屬(Trichoneura)植物演化的影響，揭示了該屬植物的系統(tǒng)發(fā)育關系、分化歷史，并重建了其祖先分布區(qū)域，為理解非洲植物多樣性的分布模式和演化歷史提供了重要見解。

非洲干旱走廊是地質歷史時期形成的干旱區(qū)域，貫穿非洲中部和南部，將原本連續(xù)的森林生態(tài)系統(tǒng)分割為多個孤立的棲息地。這一走廊的形成可追溯至中新世，當時東非高原的抬升和本格拉寒流的增強導致了非洲的干旱化。研究發(fā)現(xiàn)，這一地質事件直接導致了毛蝰草屬植物分布碎片化(圖1)。原本連貫的種群被干旱走廊分隔，逐漸演化出適應不同生態(tài)位的獨立物種。研究團隊對毛蝰草屬7個物種進行了完整葉綠體基因組測序和核基因分析，重建該屬的系統(tǒng)發(fā)育關系和分化歷史，結果表明：毛蝰草屬起源于約578萬年前的晚中新世，與非洲干旱走廊的形成時間高度吻合(圖2)。該屬最初分布在非洲西南部，隨后通過兩次擴散事件與一次隔離事件，擴散至東北非、南美與阿拉伯地區(qū)。其中，毛穎草(T. mollis)的基因組分析尤為引人注目：這種廣泛分布于非洲的植物，其基因竟與南美的林德利草(T. lindleyana)高度相似(圖3)，暗示了跨大西洋擴散的可能性。

此外，研究團隊通過生態(tài)位模型模擬研究揭示了毛蝰草屬物種對干旱環(huán)境的驚人適應性。模擬結果顯示，這些植物偏好半干旱沙漠、稀樹草原和熱帶干燥森林等生境。盡管分布碎片化，它們在不同大陸的生態(tài)位卻高度重疊，展現(xiàn)出“系統(tǒng)發(fā)育生態(tài)位保守性”。更值得注意的是，模型預測象草(T. eleusinoides)的適宜分布區(qū)可能沿干旱走廊向東北非擴張，為未來氣候變化下預測物種遷移提供了科學依據。

中國科學院武漢植物園已畢業(yè)博士研究生Millicent Akinyi Oulo為論文第一作者，胡光萬研究員為論文的通訊作者，該研究聯(lián)合了來自英國皇家植物園邱園的Maria S. Vorontsova博士的參與，并由英國皇家植物園邱園提供了重要的研究材料。研究得到了湖北省科技計劃(2022EHB031)、國家自然科學基金(32270228)、江夏實驗室(JXBS010)、中國科學院(151853KYSB20190027、SAJC202401)、和邊沁莫克森基金(BMT18‐1021)等多項基金的資助。

圖1.毛蝰草屬在非洲的分布示意圖

圖2.基于73個蛋白編碼基因的狗牙根族(Cynodonteae)物種分化時間估算(毛蝰草屬以紫色顯示)

圖3.毛蝰草屬祖先區(qū)域重建(基于RASP軟件中的DIVALIKE模型)