LSEB动态 | 铁杉属进化和生物地理历史研究新进展

东亚北美间断分布是世界上著名的生物地理分布模式之一，这种间断分布很可能是第三纪更广阔分布的残余分布，是迁移扩散、物种灭绝、物种形成、地理隔离、趋同进化等一系列复杂过程的产物。陆桥的存在，比如白令陆桥，给陆块之间的植物基因交流提供了机会，使得种间杂交和渐渗频繁发生，给解决跨洲际分布的类群的种间关系带来了困难。

铁杉属（Tsuga）是松科中具有典型东亚北美间断分布模式的类群，包含有9个种，主要分布在北美、中国和日本群岛，是东亚和北美亚高山森林群落的重要组成部分，具有十分重要的生态价值和经济价值。之前的研究使用的分子标记较少，因而该属的系统发育关系还没有彻底解决。

中国科学院植物研究所·系统与进化植物学国家重点实验室（LSEB）汪小全研究组长期从事裸子植物的亲缘关系、进化与生物地理学研究，通过转录组测序的方法获得了铁杉属所有物种共41个个体的转录组数据（包含了2017年发表的Tsuga ulleungensis），筛选出881个单拷贝核基因、60个叶绿体基因以及11个线粒体基因，建立了铁杉属的坚实的系统发育关系，并探究了铁杉属的生物地理历史和复杂的网状进化历史。该研究主要发现如下：

①系统发育分析发现分布于北美的物种位于最基部；中国的T. chinensis不是一个单系，中国东部和西部的T. chinensis 已经发生了遗传组成的分化，且T.  forrestii与中国西部的T. chinensis 关系更密切。

基于核基因的铁杉属系统发育分析(A)，支持不同拓扑结构的单基因树的统计(B)和铁杉属的网状进化关系(C)

②分子钟估算和祖先分布区重建的结果表明铁杉属很可能在晚渐新世起源于北美洲，并且在中新世中期通过白令陆桥由北美洲扩散到了东亚。到达亚洲之后，铁杉属物种在亚洲大陆、日本群岛和台湾岛之间发生了复杂的扩散和地理隔离事件。

基于叶绿体基因(A)和线粒体基因(B)的铁杉属系统发育分析

③东亚铁杉属物种间存在复杂的网状进化，可能有杂交或者渐渗事件的发生。日本南部的T. sieboldii可能是杂交起源，其父本可能是中国大陆的T. chinensis 和T. forrestii的祖先，其母本可能是日本群岛的T. diversifolia和T. ulleungensis的祖先；中国台湾的T. chinensis 可能与T. sieboldii一起起源于杂交，但其扩散到中国台湾后可能与中国大陆的T. chinensis 发生了线粒体渐渗。

基于核基因的分子钟估算