近日，《Journal of Systematics and Evolution》(JSE)在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院武漢植物園胡光萬團(tuán)隊(duì)及其合作者的題為“Phylogenomics reveals the impacts of the African arid corridor on the evolution of Trichoneura(Poaceae)”研究論文。該研究通過完整葉綠體基因組和核基因分析，探討了非洲干旱走廊對(duì)禾本科毛蝰草屬(Trichoneura)植物演化的影響，揭示了該屬植物的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、分化歷史，并重建了其祖先分布區(qū)域，為理解非洲植物多樣性的分布模式和演化歷史提供了重要見解。

非洲干旱走廊是地質(zhì)歷史時(shí)期形成的干旱區(qū)域，貫穿非洲中部和南部，將原本連續(xù)的森林生態(tài)系統(tǒng)分割為多個(gè)孤立的棲息地。這一走廊的形成可追溯至中新世，當(dāng)時(shí)東非高原的抬升和本格拉寒流的增強(qiáng)導(dǎo)致了非洲的干旱化。研究發(fā)現(xiàn)，這一地質(zhì)事件直接導(dǎo)致了毛蝰草屬植物分布碎片化(圖1)。原本連貫的種群被干旱走廊分隔，逐漸演化出適應(yīng)不同生態(tài)位的獨(dú)立物種。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)毛蝰草屬7個(gè)物種進(jìn)行了完整葉綠體基因組測(cè)序和核基因分析，重建該屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和分化歷史，結(jié)果表明：毛蝰草屬起源于約578萬年前的晚中新世，與非洲干旱走廊的形成時(shí)間高度吻合(圖2)。該屬最初分布在非洲西南部，隨后通過兩次擴(kuò)散事件與一次隔離事件，擴(kuò)散至東北非、南美與阿拉伯地區(qū)。其中，毛穎草(T. mollis)的基因組分析尤為引人注目：這種廣泛分布于非洲的植物，其基因竟與南美的林德利草(T. lindleyana)高度相似(圖3)，暗示了跨大西洋擴(kuò)散的可能性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)通過生態(tài)位模型模擬研究揭示了毛蝰草屬物種對(duì)干旱環(huán)境的驚人適應(yīng)性。模擬結(jié)果顯示，這些植物偏好半干旱沙漠、稀樹草原和熱帶干燥森林等生境。盡管分布碎片化，它們?cè)诓煌箨懙纳鷳B(tài)位卻高度重疊，展現(xiàn)出“系統(tǒng)發(fā)育生態(tài)位保守性”。更值得注意的是，模型預(yù)測(cè)象草(T. eleusinoides)的適宜分布區(qū)可能沿干旱走廊向東北非擴(kuò)張，為未來氣候變化下預(yù)測(cè)物種遷移提供了科學(xué)依據(jù)。

中國(guó)科學(xué)院武漢植物園已畢業(yè)博士研究生Millicent Akinyi Oulo為論文第一作者，胡光萬研究員為論文的通訊作者，該研究聯(lián)合了來自英國(guó)皇家植物園邱園的Maria S. Vorontsova博士的參與，并由英國(guó)皇家植物園邱園提供了重要的研究材料。研究得到了湖北省科技計(jì)劃(2022EHB031)、國(guó)家自然科學(xué)基金(32270228)、江夏實(shí)驗(yàn)室(JXBS010)、中國(guó)科學(xué)院(151853KYSB20190027、SAJC202401)、和邊沁莫克森基金(BMT18‐1021)等多項(xiàng)基金的資助。

圖1.毛蝰草屬在非洲的分布示意圖

圖2.基于73個(gè)蛋白編碼基因的狗牙根族(Cynodonteae)物種分化時(shí)間估算(毛蝰草屬以紫色顯示)

圖3.毛蝰草屬祖先區(qū)域重建(基于RASP軟件中的DIVALIKE模型)