《Plant Diversity》：Phylogenomics unravels the early divergence and diversification in Bignoniaceae
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本研究针对紫葳科(Bignoniaceae)深层系统发育关系长期存在争议的问题，通过整合1275个单/低拷贝核基因、Angiosperms353数据集和叶绿体基因组数据，结合PhyloNet、QuIBL等进化分析工具，首次解析了该科10大支系的早期分化格局。研究证实不完全谱系分选(ILS)是造成深层节点冲突的主要因素，并检测到3次古老的基因流事件，将类群分化时间定位于始新世早期气候适宜期(EECO)。该成果为理解热带植物快速辐射机制提供了重要案例。
在热带雨林的壮丽画卷中，紫葳科（Bignoniaceae）植物以其惊人的多样性占据着独特地位——从高耸的乔木、蜿蜒的藤本，到适应高海拔环境的草本，这个包含79属901种的庞大家族堪称植物形态创新的活体博物馆。然而，正是这种极致的多样性使得科学家们长期困扰于一个根本性问题：这些形态迥异的类群究竟如何演化而来？传统的形态学研究和少数分子标记构建的系统发育树存在大量矛盾，特别是深层的分支关系始终模糊不清，如同蒙着一层厚重的进化迷雾。
这种不确定性主要源于紫葳科可能经历的快速辐射演化过程。当物种在极短的地质时间内爆发式形成时，祖先基因多态性未能完全分选，导致不同基因保留相互冲突的进化历史，这种现象被称为不完全谱系分选（ILS）。同时，不同谱系间的杂交和基因渗入（IH）事件进一步扰乱了进化信号的传递。这两种力量的交织使得紫葳科的早期进化史重建工作充满挑战。
为破解这一难题，北京林业大学的研究团队在《Plant Diversity》上发表了最新研究成果。他们采用了多组学整合的研究策略：首先构建了覆盖10大支系88个样本的超大规模数据集，包括1275个单/低拷贝核基因（SCNGs）、Angiosperms353通用探针捕获数据以及51个完整叶绿体基因组；进而通过叶绿体系统发育树、核基因串联树和溯祖物种树（ASTRAL）三种方法相互验证；最后运用PhyloNet、QuIBL、PhyTop等先进算法定量解析ILS和IH的相对贡献。
关键技术方法包括：基于基因组重测序数据的正交同源基因识别（Proteinortho）、多序列比对（MAFFT）和系统发育重建（IQ-TREE/ASTRAL）、叶绿体基因组组装注释（GetOrganelle）、分化时间估算（MCMCtree）、以及网状进化分析（PhyloNet/QuIBL）。样本来源涵盖28份标本馆样本、14份植物园样本和43个公共数据库样本，覆盖科内59个属（占总数74.68%）。
研究结果呈现出清晰的进化图景：
- 1.
系统发育框架：核基因数据将紫葳科划分为10个主要支系，首次明确Argylia支系位于核心紫葳科的基部分支，而Delostoma支系与Catalpeae构成姐妹群。所有深层节点均获得最大支持（ASTRAL LPP=1），解决了长期存在的分类学争议。
- 2.
系统发育冲突量化：基因一致性因子（gCF）和四分体得分（QS）分析显示深层节点支持度普遍偏低（gCF<0.4，QS<0.6）。PhyTop指标证实ILS是冲突的主要来源（贡献度59.86%），而基因流贡献占30.12%。近似无偏（AU）检验显示6个竞争拓扑结构支持度相当（65.06%-68.78%），符合快速辐射特征。
- 3.
基因流事件检测：PhyloNet网络分析检测到3次古老杂交事件：Tourrettieae向Tecomeae的基因流（γ=0.82）、Delostoma-Catalpeae支系与Oroxyleae-Tabebuia-古热带支系共同祖先杂交形成Bignonieae（γ=0.65），以及Argylia支系向多支系祖先的基因渗入（γ=0.22）。这些事件解释了跨支系的形态相似性（如Tanaecium属的五雄蕊特征）。
- 4.
分化时间与形态演化：分子钟分析将核心类群分化锁定在始新世早期（52.36-45.51 Ma），恰逢早期始新世气候适宜期（EECO）。性状演化分析表明，简单叶在Delostoma支系和Catalpeae中的共享可能源于ILS保留的祖先多态性，而非独立演化。
讨论部分深入阐释了进化机制与形态创新的关联：叶绿体与核基因组之间的系统发育冲突（如Tourrettieae位置差异）提示存在叶绿体捕获事件；Bignonieae中异常韧皮部结构的多样性可能源于发育调控基因的祖先多态性通过ILS分化固定；而基因流事件则为跨支系形态相似性（如掌状复叶的多次出现）提供了合理解释。这些发现将传统上归于趋同进化的形态特征重新解释为祖先多态性分选和古老基因流共同作用的历史印记。
这项研究通过创新性地整合系统基因组学与网状进化理论，不仅重建了紫葳科稳健的深层系统发育框架，更揭示了快速辐射类群中ILS和基因流相互作用的普遍规律。所建立的分析流程为研究其他复杂进化历史的植物类群提供了范式，对理解热带生物多样性形成机制具有重要启示意义。
