自然雜交(natural hybridization)是指自然條件下遺傳上存在明顯區(qū)別的兩個物種之間成功交配的現(xiàn)象。自然雜交在植物界中普遍存在,據(jù)統(tǒng)計,被子植物中約有25%的物種發(fā)生過雜交或基因漸滲。雜交物種形成與適應(yīng)性進化機制是進化生物學研究的核心科學問題之一。研究自然雜交區(qū)內(nèi)種群遺傳結(jié)構(gòu)與生殖隔離機制有助于深入理解雜交物種形成過程及其適應(yīng)性進化機制。
杜鵑花屬是中國木本植物最大的屬,全球約有1000多種,中國有590余種。杜鵑花屬植物在橫斷山地區(qū)經(jīng)歷過快速的適應(yīng)輻射演化,雜交和多倍化可能是該屬物種多樣化的重要方式。近期,中國科學院昆明植物研究所高連明團隊在云南南華縣發(fā)現(xiàn)了一個疑似杜鵑花雜種,與同域分布的同為自然雜種的粉紅爆杖花存在明顯的形態(tài)差異。研究團隊綜合運用形態(tài)和簡化基因組數(shù)據(jù)對雜交區(qū)的親本及雜交后代進行分析,以期揭示雜交區(qū)的遺傳結(jié)構(gòu)及雜種來源。研究結(jié)果表明,該雜交區(qū)是由爆杖花、碎米花、糙葉杜鵑以及粉紅爆杖花和新的雜種組成的一個復雜的雜交區(qū)。從形態(tài)和遺傳分析證實新的雜種由爆杖花與糙葉杜鵑雜交產(chǎn)生,雜交后代主要由F2代構(gòu)成。爆杖花是粉紅爆杖花與新發(fā)現(xiàn)雜種的共同親本之一,但兩個雜種種群個體組成差異明顯,粉紅爆杖花種群由F1、F2和回交后代組成,而新的雜種主要由F2代個體組成,只有少量F1代個體,沒有發(fā)現(xiàn)回交后代。該研究首次揭示了爆杖花與糙葉杜鵑之間存在自然雜交現(xiàn)象,為進一步探究雜交物種形成與適應(yīng)性漸滲研究供了一個經(jīng)典素材。
該研究成果以“Natural hybridization among three Rhododendron species (Ericaceae) revealed by morphological and genomic evidence”為題,發(fā)表在植物學主流期刊BMC Plant Biology上,博士研究生鄭偉和云南師范大學的嚴麗君博士為論文第一作者,美國哥倫布大學Kevin Burgess教授為論文的合作作者,高連明研究員和云南省農(nóng)科院花卉所的王繼華研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(31670213, 31700179),中國科學院B類先導專項(XDB31000000)和中國科學院大科學裝置(2017-LSFGBOWS-02)等項目的資助。
圖1 三個親本物種與兩類自然雜交種的形態(tài)(a) Rhododendron spiciferum(碎米花); (b) R. spinuliferum(爆杖花); (c) R. scabrifolium(糙葉杜鵑); (d) R. ×duclouxii(粉紅爆杖花); (e) the putative novel hybrid taxon(新的雜種)。
圖2 三個親本及兩類雜交種的遺傳結(jié)構(gòu)