猕猴桃的进化:从骨干物种树到频繁的种间杂交

自然界丰富的生物物种的起源与进化方式一直是进化生物学家研究的热点和难点问题。从1859年达尔文的《物种起源》发表至今,类似二岐分支的树形物种进化方式被大多数科学家认可用于解释物种多样化形成的轨迹。例如,The Tree of Life Web Project便试图用树形结构将所有生命体进行连接,并试图归纳那个所有生命起源的根。

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图片引自The Tree of Life Web Project

然后,随着研究的深入和大量测序数据的应用,研究人员发现,大量生命体的产生并非遵循主体的树形进化方式。自然杂交(natural hybridization)、水平基因转移(horizontal gene transfer)等不同的进化事件都有可能产生新的物种。人们逐渐认识到生命个体或者物种产生的复杂性和多样性,生命之网(Web of Life)而非简单的生命之树(Tree of Life)的观念便在最近几年里应运而生。

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图片由W. Ford Doolittle描绘,引自这里

那么真实的世界里,从生命之树到生命之网,是否是一个有机的不可分离的整体?答案是肯定的。最近科研人员通过全基因组重测序分析发现(原文链接),在猕猴桃属(Actinidia)植物的进化过程中,先由主要的进化骨干物种(Backbone species)形成经典的进化生命树。这些物种的主要形成与进化方式为相关于不同生态地理环境的适应性进化。在此基础上,这些骨干物种间频繁多次的和多区域的自然杂交导致了大量新杂交物种的形成。这些杂交物种通过其广泛的基因组遗传变异并相关于不同区域性地理环境的适应,最终和骨干物种一起,形成了当前该属植物的多样化全貌。

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科研人员绘制的猕猴桃网状进化方式,引自New Phytologist

有趣的是,在猕猴桃属植物的进化过程中,骨干物种和杂交物种的产生应该是源源不断向前的,而内部的遗传变异与外部的生态环境和气候的变迁明显同时起到了共同的作用,推动物种的多样化,这也是为什么我们在自然界可以发现如此多种猕猴桃的原因。

多样的猕猴桃

丰富多彩的猕猴桃

当前,整个猕猴桃产业所依赖的品种主要源自中华猕猴桃和美味猕猴桃复合体这样一个单一的来源。相比丰富的自然物种,栽培品种的遗传基础相对单一,对普通病虫害抵御能力较低。例如最近全球流行的猕猴桃溃疡病害,便对不同的国家和地区的猕猴桃生产造成重大损失。

对猕猴桃植物网状进化方式的揭示,将进一步促进我们对当前猕猴桃遗传育种和新品种遗传改良的思考。合理利用自然形成的杂交种质资源甚至是利用骨干物种快速创制新种质无疑是未来猕猴桃科研和产业需要努力的重要方向之一。


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