中國科學(xué)院成都生物研究所高信芬研究員課題組對全國的野生薔薇屬植物資源進(jìn)行了廣泛地調(diào)查采集和遷地保育,并對歐洲的部分野生薔薇進(jìn)行了標(biāo)本和實(shí)驗(yàn)樣品的收集。歷時(shí)8年,通過在分子水平上對薔薇屬級水平、屬下分類群和物種復(fù)合群等三個(gè)不同層次的研究,薔薇屬的研究取得了突破性進(jìn)展。
該項(xiàng)目獲得國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目no. 31070173,科學(xué)院知識創(chuàng)新項(xiàng)目KSCX2-EW-J-22,KSCX2-EW-Z-1,科技部基礎(chǔ)專項(xiàng)2007FY110100,四川省植物資源平臺(tái)項(xiàng)目和中國科學(xué)院外籍青年科學(xué)家獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目的共同資助下。
1.薔薇屬的分子系統(tǒng)學(xué)研究
作為中國科學(xué)院首批外籍青年科學(xué)家獎(jiǎng)學(xué)金獲得者,Marie Fougère-Danezan博士從2008年來到了成都,進(jìn)行薔薇屬野生薔薇物種的分子系統(tǒng)學(xué)研究。利用葉綠體DNA的psbA-trnH、trnL-F、 trnS-G三個(gè)間隔基因和 trnG及trnL兩個(gè)內(nèi)含子的基因序列,對薔薇屬101個(gè)野生種類進(jìn)行系統(tǒng)重建,估算支系分異的大概時(shí)間及可能的祖先起源區(qū)域;利用低拷貝的核DNA基因GAPDH鑒別異源多倍體以及推斷多倍體可能的起源。
結(jié)果顯示大多數(shù)以形態(tài)學(xué)特征建立的屬下分類等級—亞屬和組,都不是單系類群,異源多倍體在組間雜交起了重要作用,生物地理學(xué)的分析顯示亞洲是薔薇屬起源進(jìn)化中心。該研究為豐富而復(fù)雜的薔薇屬的未來研究提供了一個(gè)系統(tǒng)學(xué)框架。
這部分研究結(jié)果以“Phylogeny and biogeography of wild roses with specific attention to polyploids”為題,發(fā)表在“Annals of Botany, 115: 275–291, 2015”.
薔薇屬核基因GAPDH構(gòu)建的網(wǎng)狀圖
2.薔薇屬下類群的分子系統(tǒng)學(xué)研究
---以合柱組和月季組組成的單系分支為例
重建后的薔薇屬分子系統(tǒng)顯示該屬合柱組和月季組成一個(gè)單系,在此基礎(chǔ)上,朱章明博士利用四個(gè)葉綠體DNA基因(ndhC-trnV, ndhF-rpl32, ndhJ-trnF and psbJ-petA)和兩個(gè)核基因(ITS和GAPDH)對這個(gè)單系中包含的全部物種126個(gè)個(gè)體進(jìn)行了序列測定,并對ITS和GAPDH進(jìn)行了克隆,以探討該單系類群的種間進(jìn)化歷史。結(jié)果顯示該類群葉綠體基因與核基因的系統(tǒng)樹不一致,其原因可能是該類群物種早期的雜交起源,并發(fā)現(xiàn)了狹域分布物種的雜交起源以及自然界客觀存在的一些種間雜交個(gè)體。
由核基因ITS序列構(gòu)建的薔薇屬系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系
由核基因GAPDH構(gòu)建的薔薇屬系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系
這部分研究結(jié)果以“Phylogeny of Rosa sections Chinenses and Synstylae (Rosaceae) based on chloroplast and nuclear markers”為題,發(fā)表在Molecular Phylogenetics and Evolution 87 : 50–64”上。
3.物種復(fù)合群的研究
---以絹毛薔薇復(fù)合群為例
絹毛薔薇復(fù)合群(Rosa sericea complex)在中國植物志中為薔薇屬薔薇亞屬芹葉組的四數(shù)花系,包含絹毛薔薇(R. sericea)、毛葉薔薇(R. mairei)、玉山薔薇(R. morrisonensis)、峨眉薔薇(R. omeiensis)、西康薔薇(R. sikangensis)、俅江薔薇(R.taronensis)和中甸薔薇(R. zhongdianensis)等7種及其種下分類群,種間形態(tài)特征變異大,相互鉤連難以區(qū)分。
高云東博士和張羽碩士利用三個(gè)葉綠體DNA基因(trnL-trnF, ndhF-rpl32和ndhJ-trnF)以及核DNA基因的微衛(wèi)星(nSSR)的8個(gè)突變位點(diǎn)對絹毛薔薇復(fù)合群7個(gè)物種共62個(gè)居群763個(gè)個(gè)體進(jìn)行了序列測定,分析了該類群在更新世晚期的分布擴(kuò)張和可能的遷移路線。指出該復(fù)合體對冰期的適應(yīng)和耐受能力使其在冰期得以保存和擴(kuò)張,并在間冰期退縮到高海拔區(qū)域的種群歷史。該研究揭示了具有冷適應(yīng)能力類群在應(yīng)對氣候變化時(shí)的策略與大部分溫帶植物不同,有較大的創(chuàng)新性和普遍性的科學(xué)意義。
絹毛薔薇復(fù)合體的葉綠體單倍型及其分布
利用核基EST-SSR構(gòu)建的絹毛薔薇復(fù)合體群體結(jié)構(gòu)關(guān)系及其地理分布樣式
這部分研究結(jié)果發(fā)表在Nature子刊 Scientific Reports 5, 2-15. 2015上。
4.薔薇屬野生物種的遷地保育
成都生物所薔薇屬野生物種的遷地保育始于上世紀(jì)九十年代,曹亞玲研究員開始建設(shè)了我所第一個(gè)野生薔薇植物園,占地十余畝,位于中國科學(xué)院茂縣生態(tài)定位站。在2008年汶川大地震后,由于前往茂縣的公路經(jīng)常被泥石流沖毀,前往茂縣不太方便,高信芬研究員在什邡農(nóng)場建設(shè)了我所第二個(gè)野生薔薇植物園,也是占地十余畝。兩個(gè)植物園收集了共有400余個(gè)野生居群,野生薔薇物種達(dá)到了我國野生薔薇物種數(shù)的90%以上。
每年春暖花開的時(shí)候,薔薇園里花開滿園,芳香四溢。什邡薔薇園從三月中下旬開始,不同的物種陸續(xù)開花,從三月下旬開始單瓣月季開花開始,不同的種類陸續(xù)開花(金櫻子、香水月季、野薔薇、粉團(tuán)薔薇、木香、粉蕾木香、光葉薔薇等),四月懸鉤子薔薇、軟條七、絹毛薔薇、川滇薔薇、重齒薔薇、刺梨等等,花期一直持續(xù)到六月初。而從新疆引種的幾種薔薇,由于成都的早春比較溫暖,花期比新疆要早幾周。茂縣薔薇園由于海拔比什邡薔薇園高,花期比什邡薔薇園要晚2-3周。
單瓣月季花(Rosa chinensis var. spontanea)
野薔薇(R. multiflora)
金櫻子(R. laevigata)
懸鉤子薔薇(R. rubus)
黃刺玫(R. xanthina)
玫瑰(R. rugosa)
香水月季(R. odorata)
寬刺薔薇(R. platyacantha)
中國分布新紀(jì)錄柔毛薔薇(R. villosa)