東亞季風氣候驅動山地植物多樣性形成機制

　　山地系統蘊藏了全球大部分陸地生物多樣性。普遍認為，豐富的山地生物多樣性是在地質事件和歷史氣候及兩者之間復雜的相互作用等影響下產生的。然而，目前幾乎沒有解析地質事件和歷史氣候變化在驅動山地生物多樣性中相對貢獻的研究，尤其缺乏東亞季風氣候驅動物種形成的深入研究。

　　馬鈴苣苔屬（苦苣苔科）具有豐富的物種多樣性和特有性（圖1），該屬廣泛分布于中國南方山地，其中橫斷山區及其鄰近地區、武陵山脈以及南嶺山脈是其三個多樣性中心。由于其廣泛分布于亞熱帶季風氣候區及不同地質歷史的山地系統，該屬成為研究地質歷史和東亞季風氣候變化對物種分化影響的理想類群。

　　中國科學院華南植物園植物科學研究中心研究員康明團隊利用123個轉錄組數據重建了馬鈴苣苔屬111個物種（占該屬物種數的88%）的快速輻射進化歷史。該研究采用系統發育基因組，評估該屬早期和快速輻射的不完全譜系分選程度，結合宏觀進化模型探索馬鈴苣苔屬在分布格局和時空物種分化動態過程。基于574個直系同源單拷貝基因的證據表明，從中新世約12百萬年開始，馬鈴苣苔屬經歷了快速的物種形成，隨后物種形成速率開始急劇下降（圖2）。宏觀進化模型結果表明，馬鈴苣苔屬的物種形成與東亞季風的形成和發展呈密切正相關；雖然橫斷山區的物種分化速率高于非橫斷山區，但并未發現不同山地系統之間有物種形成速率的轉換。上述研究結果暗示，中新世中期由東亞季風帶來的溫暖濕潤氣候是馬鈴苣苔屬物種快速分化的主要驅動（圖3），而地質歷史事件（如山地抬升）的作用是次要和間接的。

　　該研究為理解我國亞熱帶山地系統生物多樣性演化提供了新視角，即歷史氣候變化（特別是東亞季風氣候）在驅動植物多樣性形成中起重要作用。研究還為利用系統發育基因組學解決快速輻射進化類群的驅動因子提供了典型案例。相關研究成果于近期發表在《系統生物學》（Systematic Biology）上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金的支持。

　　圖1.馬鈴苣苔屬的代表類群，顯示該屬豐富的形態多樣性

　　圖2.鈴苣苔屬物種形成速率動態變化模型。a）馬鈴苣苔屬物種形成、滅絕及分化的變化趨勢；b）馬鈴苣苔屬屬內物種形成率的變化趨勢。紅點指示在橫斷山區分布的類群。

　　圖3.球溫度變化及東亞季風影響了馬鈴苣苔屬的物種分化。a），b）中新世晚期以來的全球溫度和東亞季風變化趨勢；c），d）馬鈴苣苔屬物種形成速率與全球溫度和東亞季風之間的關系。