酢浆草中的高倍性多样性和细胞型分布
植物学年鉴

生物多样性热点地区的高倍性多样性和细胞型分布

南部非洲的大开普植物区是世界生物多样性热点地区,传统上被认为是多倍体植物的贫瘠之地。

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酢浆草中的高倍性多样性和细胞型分布
酢浆草中的高倍性多样性和细胞型分布

非洲大陆的西南端拥有独特而异常丰富的植物群。 它包括 Cape Floristic Region (CFR) 和 Succulent Karoo Region,它们共同构成了被称为 Greater CFR 的冬季降雨区。 这两个地区都被认为是植物多样性和特有性的重要中心。 该地区约有 9000 种植物。 90 000 平方公里——这样的物种丰富度是惊人的,可与新热带植物群相媲美。 Succulent Karoo 生物群落是世界上唯一被确定为生物多样性热点的干旱地区。 开普植物群的一个有趣特征是有限数量的植物谱系的高度多样化; CFR 的 2% 的物种多样性可归因于仅 50 次辐射事件。 分子年代测定表明,尽管这 33 个谱系的年龄存在相当大的差异,但开普敦植物群的大多数现代物种都是最近出现的,并且是在上新世 - 更新世期间进化而来的。

属 酢浆草 (酢浆草科)是南非植物群的重要组成部分,在大 CFR 中经历了主要辐射。 最近的清单确认了 195 个本地物种(加上近 50 个变种),并且在过去十年中描述了几个新物种。 所有南非本土类群都以地下鳞茎的形式在不利时期存活下来,生长仅限于温度和湿度状况提供合适条件的时期(通常在冬季和春季)。

传统的染色体数目测定是时间和劳动密集型的,这排除了对大量人口样本的分析。 然而,并不总是需要知道确切的染色体数目,因为它可以被倍性水平的估计所取代,前提是个体 DNA 倍性水平由染色体计数确认。 一项新的研究 Annals of Botany 采用 DNA 流式细胞术辅以常规染色体计数来评估这一重要的地球植物 CFR 属的广泛成员的倍性变异(酢浆草). 这项研究代表了对 Greater CFR 原生植物物种倍性变异的最全面调查。 它在这个广泛分布的地球植物属成员中发现了令人惊讶的倍性水平范围 酢浆草. 还发现细胞型的分布与植被类型、气候参数和地理有关。

大开普植物区广泛分布的酢浆草属植物具有高度倍性多样性和独特的细胞型分布模式。《植物学年鉴》(2013) 111 (4): 641-649。doi: 10.1093/aob/mct030
基因组复制被广泛认为是被子植物进化的主要力量,尽管不同植物群中多倍体的发生率可能有很大差异。 南部非洲的大开普植物区是世界生物多样性热点地区之一,在多倍体中被认为是贫瘠的。 为了检验这一假设,对开普敦植物群中最大的地球植物属的一个广泛分布的成员进行了倍性变异的评估: 酢浆草.
DNA 流式细胞术辅以验证性染色体计数,用于确定其整个分布范围内 355 个 O. obtusa 种群(1014 个个体)的倍性水平。 通过比较为每个地方提取的植被和气候变量集来测试细胞类型之间的生态分化。
除了来自植物园的七倍体个体外,原位检测到三种多数(2x、4x、6x)和三种少数(3x、5x、8x)细胞型。 虽然单细胞型群体占主导地位,但也发现了 12 个混合倍性群体。 倍性水平分布的总体格局相当复杂,但观察到一些生态隔离。 六倍体是最常见的细胞型,在 Fynbos 生物群落中盛行。 相比之下,四倍体在多肉植物 Karoo 生物群落中占主导地位。 降水参数被确定为与细胞型分布相关的最重要的气候变量。
虽然现在就基因组复制在开普敦植物群超多样性起源中的作用做出概括还为时过早,但大量和意想不到的倍性多样性 酢浆草 与任何其他细胞学上已知的本地开普植物物种相比,这是无与伦比的。 结果表明,大开普植物区的倍性变异可能比目前假设的要大得多,考虑到多倍性在物种形成中的记录作用,这对这个生物多样性热点的辐射假说有直接影响。



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作者

AJ Cann

Alan Cann 是莱斯特大学生物科学学院的高级讲师,曾任 AoB 互联网咨询编辑。

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