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被子植物花粉形态性状演化及其驱动因子系列研究——蔷薇分支I固氮支系花粉形态演化研究(系列七)取得重要进展

  孢粉学是植物系统育研究的重要内容之一,早在1811Robert Brown首次认识到花粉特征可以作为一个“指南针”应用于分类学研究。由于植物花粉令人惊叹地携带着可遗信息以及形态变革多样而具有重要的生物学意义。与植物其它形态特征相比,花粉性状在植物系统育过程中具有遗稳定性和守旧性,是联系和研究现存被子植物和古植物的纽带。同时,花粉形态研究在被子植物起源和演化研究中占有重要职位,倍受研究者存眷作为广义形态学的重要组成部分,孢粉形态学是建立植物高品级分类阶元的重要依据。近二十多年来随着分子系统学研究的快速展,使得利用花粉形态性状重新审视被子植物各大分支及目和科的系统演化干系成为可能。  

  近期,中国科学院昆明植物研究所王红研究员和李德铢研究员领导的研究团队与美国哥伦布州立大学Kevin S. Burgess 教授合作,基于蔷薇分支I的固氮支系(Nitrogen-fixing Clade),包罗豆目(Fabales蔷薇目(Rosales),葫芦目(Cucurbitales)和壳斗目(Fagales)构建的分子系统育框架,对该支系所有428科中的27307个代表属的18个花粉形态性状开展了演化重建阐发。研究表明,固氮支系类群中花粉形态体现出:花粉粒增大、萌孔数目增多、萌孔位置由沿赤道面漫衍向球面漫衍演化、萌孔形状由沟状向沟-孔状演化,以及笼罩层纹饰庞大度增加等。通过演化相关性阐发现,花粉粒扁长形、极面观三裂圆形、外萌孔沟状、横长或竖长的内萌孔、笼罩上层元件缺失以及网状笼罩层纹饰分别与虫媒粉存在极显著的相关性;而萌孔结构简单、孔状外萌孔、圆形的内萌孔、笼罩上层芽状或刺状、笼罩层无穿孔分别与风媒粉存在极显著的相关性。  

  该研究结果以EVOLUTION OF ANGIOSPERM POLLEN. 7. NITROGEN-FIXING CLADE为题,以系列文章表于国际植物学主流期刊 Annals of the Missouri Botanical Garden。蒋伟博士、何华杰为该论文的配合第一作者。  

  据悉,凭据被子植物系统育研究组(APG IV)系统,蔷薇分支I包罗了固氮支系、COM分支包罗卫矛目(Celastrales)、 酢浆草目(Oxalidales)和金虎尾目(Malpighiales)(统称为COM 分支),以及蒺藜目Zygophyllales。该项研究是国家自然科学基金国际(地区)合作重大研究项目被子植物花粉形态性状演化及其驱动因子系列研究中的第7部分。该项目通过大标准、大范围的取样和大数据源,利用分子系统学多种阐发要领,系统开展被子植物花粉形态演化式样的研究,以厘清被子植物花粉多样性起源和演化问题,并进一步探讨主要的驱动因子。目前已表系列文章8篇。 

  文章链接 

 

1.、蔷薇分支I固氮分支类群豆目豆科花粉扫描和透射电镜图片。A–D. Acacia pravissima F. J. Muell. –A. 极面观,多粒花粉粒。–B. 赤道面观。–C. 外壁外貌结构。–D. 笼罩层 (T),颗粒状笼罩下层 G),基层(F),薄的外壁内层(E)。E–H. Bauhinia brchycarpa Wall. ex Benth. –E. 极面观,单粒,扁圆形花粉粒,3-孔沟。–F. 赤道面观,颗粒状萌孔膜。 –G. 外壁结构,条纹网状笼罩层。–H. 笼罩层(T),柱状笼罩下层(G),基层(F),薄的外壁内层(E)。I–L. Caesalpinia crista L. –I. 极面观,单粒花粉粒,三裂圆形,3-孔沟。–J. 赤道面观,网状纹饰。–K. 竖长内萌孔(箭头所指),颗粒状萌孔膜。–L. 笼罩层(T),柱状笼罩下层(G),基层 F),薄的外壁内层(E)。 


2、固氮支系花粉形态性状演化式样。基于 Li等(2015)的系统育树,利用CHB阐发法对18个花粉性状以及粉综合征的演化式样图。长方形体现花粉性状的转变;菱形体现粉综合征的转变。下方数字体现转变前的性状状态;上方数字体现转变后的性状状态。 

 

3固氮分支花粉形态性状演化式样(续上 

 

4固氮分支花粉形态性状演化式样(续上

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