毛蕊花屬(Verbascum),也稱作 "Mullein",包括大約360種,廣泛分布于歐洲、非洲和亞洲的溫帶地區。毛蕊花屬的分類界限和系統位置在植物學研究者之間一直存在一定的爭議。目前該屬經常有新類群被描述,對毛蕊花屬的研究仍不充分。
為了加深對毛蕊花屬的認識,確定毛蕊花屬在唇形目(Lamiales)中的系統關系,武漢植物園東非植物區系和分類學科組的研究人員對7個毛蕊花屬植物的質體基因組和ITS序列進行測序分析,并重建了毛蕊花屬和唇形目植物的系統發育關系。
研究結果顯示:7個毛蕊花屬質體為典型的四分體結構(LSC、SSC和一對IRs),大小在153,014 bp- 153,481之間;編碼114個獨特的基因,包括80個蛋白編碼基因、4個核糖體RNA(rRNA)和30個轉運RNA(tRNA)基因(圖1);雖然毛蕊花的質體基因組結構總體上是保守和穩定的,但仍在7個物種中共檢測到348個SSR位點,這些區域有望被開發為唇形目重要的分子標記。系統發育結果表明:取自非洲的原御燭木屬(Rhabdotosperma)的V. brevipedicellatum應歸屬于毛蕊花屬(圖2);此外,通泉草屬(Mazus)、肉果草屬(Lancea)和野胡麻屬(Dodartia)形成了一個獨立的支系(圖3),被置于透骨草科(Phrymaceae),而非玄參科(Scrophulariaceae);唇形目的分化時間被近似地認為是8628萬年前(Ma)(圖4)。
研究成果以“Taxonomy, Comparative Genomics of Mullein (Verbascum, Scrophulariaceae), with implications for the evolution of Verbascum and Lamiales”為題近期在國際植物學期刊BMC Genomics上發表。本研究得到了中國科學院國際合作項目(151853KYSB20190027)、國家自然科學基金項目(31970211)、國家林業和草原局蘭科調查專項(2019073008)、中科院中非聯合研究中心項目(SAJC202101)的支持。武漢植物東非植物區系與分類學科組的博士生董翔與肯尼亞籍留學生Elijah Mbandi Mkala, Elizabeth Syowai Mutinda為本論文的共同第一作者,胡光萬研究員為通訊作者,研究組中的多名學生也參與了這項研究。
圖1 7個毛蕊花屬植物的葉綠體基因組圖譜
圖2 使用最大似然法(ML)在nrDNA(ITS 1 + 5.8S + ITS2)中構建的38個分類群的系統發育樹
圖3 使用最大似然法(ML)和貝葉斯法(Bl),用80個蛋白編碼基因構建89個分類群的系統發育樹
圖4 用86個分類群估算的唇形目的系統發育時間圖