上海辰山植物园 English
搜索
杨柳科柳属（Salix）约包括450种植物，几乎全为雌雄异株，具有多样的性别决定系统（包括雄性异配7XX/7XY、15XX/15XY和雌性异配15ZW/15ZZ），其性别决定系统的多样性与物种形成的关系尚不明确。近日，辰山植物园（中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心）雌雄异株植物课题组在“Evolution Letters”（IF: 5.3, 生物学1区）上发表题为“Sex chromosome turnover plays an important role in the maintenance of barriers to post-speciation introgression in willows”的研究性论文。这项研究首次鉴定了大白柳（Salix cardiophylla）和沙洲柳（S. interior）的性别决定系统，结合其它已知性别决定系统的柳属植物，揭示了柳属性染色体转换在物种形成中的作用。
本研究对采自日本的42株大白柳和美国的38株沙洲柳的材料进行了全基因组测序。利用全基因组关联分析（GWAS）对性别和单核苷酸多态性（SNPs）进行关联分析，鉴定到大白柳和沙洲柳性别连锁区域都在15号染色体上，根据性别连锁SNPs的杂合度揭示这两个物种均具有XY系统。为进一步探讨柳属物种的性别决定系统与其系统发育的关系，下载了柳属已知性别决定系统的13个物种的基因组数据，分别基于核基因组和叶绿体基因组数据重建了系统进化关系，并对柳属的祖先性别决定系统进行了重建。结果表明，15XY 系统很可能是柳属的祖先性状。从 15XY 到 15ZW 和从 15XY 到 7XY 的两次性染色体转换很可能促成了柳属植物的早期的物种分化，即Vetrix 和 Salix 演化分支的形成（图1）。
图1. 柳属植物的系统进化关系以及祖先性状重建。A：基于核基因组SNPs，B: 基于叶绿体基因组。
通过检测常染色体和性别决定区域的基因流事件，本研究发现在常染色体区域15XY、15ZW 和 7XY 物种之间的渐渗较为频繁，而性别连锁区域的渐渗较少，尤其是 15ZW 和 7XY 物种之间没有基因流存在（图2）。这一结果说明柳属物种频繁的性别决定系统的转换可能并不会造成完全的生殖隔离，但性染色体的演化在减少基因流及维持物种界限方面发挥着重要作用。
图2. 柳属植物的现存基因流以及历史基因流。
该研究利用组学数据以及基因流检测手段，探讨了性染色体在物种形成中的作用，为其它雌雄异株植物的性染色体与物种形成关系的研究奠定了基础。中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心雌雄异株植物研究组科研助理薛志青博士为本文第一作者，青年PI何理副研究员为通讯作者，德国哥廷根大学Elvira Hörandl教授和美国密苏里植物园Wendy L. Applequist博士参与了该研究。该工作得到了Deborah Charlesworth教授的指导。Satoshi Kikuchi博士帮忙采集了日本的样品。辰山植物标本馆在进口样品上给予了大力帮助。研究得到了国家自然科学基金（32171813）、上海市绿化和市容管理局辰山专项基金（G232403 & G242417）、上海辰山植物园（XM04-10）和国家重要野生植物种质资源库辰山中心（ZWGX2202）等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1093/evlett/qrae013
