物種的起源、演化及分布格局成因是進(jìn)化生物學(xué)的研究熱點。迄今已有大量針對動植物的生物地理學(xué)研究成果,但對真菌的相關(guān)研究卻仍處于起步階段,這與真菌化石缺乏、物種界定困難和難以完整取樣等直接相關(guān)。外生菌根菌與植物形成共生關(guān)系,不但具有非常重要的生態(tài)價值,而且對于揭示物種的起源、演化和傳播具有重要的科學(xué)價值。松塔牛肝菌屬(Strobilomyces)真菌與龍腦香科、豆科、桃金娘科、殼斗科和松科等植物形成共生關(guān)系,與其他真菌容易區(qū)別,故松塔牛肝菌屬是研究外生菌根菌起源、演化和分布式樣的理想材料。
中國科學(xué)院昆明植物研究所楊祝良研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊長期從事大型真菌多樣性與分子進(jìn)化的研究。在廣泛采樣、借閱國內(nèi)外標(biāo)本館館藏標(biāo)本和與國內(nèi)外同行合作的基礎(chǔ)上,楊祝良研究員指導(dǎo)的博士研究生韓麗紅等人員利用來自非洲、大洋洲、歐洲、亞洲、北美洲和中美洲的松塔牛肝菌標(biāo)本,通過DNA片段測序、分子系統(tǒng)發(fā)育重建、分類學(xué)研究、分化時間推斷、祖先狀態(tài)重建和演化速率分析,對松塔牛肝菌屬開展了生物地理學(xué)研究,發(fā)現(xiàn):(1)過去對松塔牛肝菌屬物種多樣性的認(rèn)識和估計嚴(yán)重不足,本研究構(gòu)建了該屬較為全面的分子系統(tǒng)發(fā)育框架,揭示了該屬1個新支系和49個系統(tǒng)發(fā)育種,其中26個可能是新物種。(2)松塔牛肝菌屬可能起源于非洲,起源時間不晚于始新世早期(50 Ma),之后借助“北方熱帶森林”擴(kuò)散至東南亞,形成了非洲-東南亞古熱帶間斷分布格局;漸新世期間,該屬物種從東南亞向北和向南分別擴(kuò)散至東亞和澳大拉西亞;中新世期間,通過白令陸橋和中國東海陸橋遷移以及中新世中期至今氣候變化驅(qū)動的隔離分化等,形成了東亞-北美和亞洲大陸-日本的間斷分布格局。擴(kuò)散對松塔牛肝菌屬現(xiàn)今分布格局的形成發(fā)揮了重要作用,伴隨著該屬真菌在各大洲的擴(kuò)散,發(fā)生了相應(yīng)的宿主植物轉(zhuǎn)換。(3)松塔牛肝菌屬的物種演化速率在其演化歷史中并非恒定,于中新世中期發(fā)生了一次快速輻射演化,致使東亞成為了該屬的現(xiàn)代分布中心和物種多樣性中心。該成果以“African origin and global distribution patterns: Evidence inferred from phylogenetic and biogeographical analyses of ectomycorrhizal fungal genus Strobilomyces”為題,發(fā)表于Journal of Biogeography上。
該研究得到國家自然科學(xué)基金重大國際合作研究項目(No. 31210103919)、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項B培育項目(XDPB0201)、中國科學(xué)院國際合作局對外合作項目(151853KYSB20170026)、美國國家科學(xué)基金會項目(DEB-9972018,DEB-9300798,DEB-1020421和DEB-0414665)和美國國家地理學(xué)會研究與探索委員會項目(7341-02和8457-08)的經(jīng)費支持。
松塔牛肝菌屬的起源與演化 (a)從BEAST分析結(jié)果95%置信區(qū)間順次抽取100棵樹繪制的LTT曲線圖;(b)包含95%置信區(qū)間的演化速率曲線圖;(c)譜系凈演化速率圖及由分支特定邊界概率獲得的95%置信區(qū)間內(nèi)的宏進(jìn)化轉(zhuǎn)換配置圖;(d)基于演化速率成對概率的宏進(jìn)化組群分析;(e)祖先分布區(qū)域重建;(f)分布區(qū)劃分和松塔牛肝菌屬在全球的擴(kuò)散路線;(g)祖先宿主植物重建。