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水穗草科(Hydrostachyaceae)是非洲特有的激流植物類群，由于其特殊的形態(tài)特征和變異較大的DNA序列，很難找到與其親緣關(guān)系較近的其它植物類群。歷史上水穗草科曾被放在三個關(guān)系相差很遠(yuǎn)的類群中——金虎尾目(Malpighiales)、唇形目(Lamiales)和山茱萸目(Cornales)，其在被子植物中的系統(tǒng)位置一直以來存在較大爭議。

該研究以1KP(https://www.nature.com/articles/s41586-019-1693-2)的單拷貝核基因數(shù)據(jù)集作為參考，設(shè)計了一個從水穗草轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中提取單拷貝核基因的方法，獲取了水穗草科植物的338個單拷貝核基因數(shù)據(jù)。基于這些新獲得的數(shù)據(jù)和1KP綠色植物數(shù)據(jù)集，重新在真雙子葉植物范圍內(nèi)取樣，分別利用氨基酸序列、核酸苷酸全序列和去掉第三位密碼子的核苷酸序列進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，所有分析結(jié)果都支持水穗草科應(yīng)該被放在山茱萸目。除此之外，基于1KP和公共數(shù)據(jù)庫中的葉綠體基因組數(shù)據(jù)，在種子植物范圍內(nèi)廣泛取樣，將所有基因串聯(lián)成一個超級矩陣(supermatrix)進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，結(jié)果也支持水穗草科應(yīng)位于山茱萸目內(nèi)。最后通過對葉綠體matK基因序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，用實例復(fù)現(xiàn)了歷史上水穗草科系統(tǒng)位置“跳躍”的問題。該研究利用組學(xué)數(shù)據(jù)，通過大范圍取樣確定了水穗草科在被子植物中的系統(tǒng)位置，并討論了導(dǎo)致其系統(tǒng)位置不穩(wěn)定的原因。

該研究成果以 Re-examining the placement ofHydrostachysusing a large-scale phylogenetic approach 為題，發(fā)表在植物分類學(xué)領(lǐng)域期刊 TAXON 上。中國科學(xué)院武漢植物園徐準(zhǔn)博士為論文第一作者，美國佛羅里達(dá)大學(xué)Pamela Soltis教授、Douglas Soltis教授和中國科學(xué)院武漢植物園王青鋒研究員為論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家留學(xué)基金委、中國科學(xué)院中非聯(lián)合研究中心等項目的資助和支持。

圖1 基于338個單拷貝核基因氨基酸序列的系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果支持水穗草科應(yīng)該被放在山茱萸目

注：右下為2020年發(fā)表的水穗草屬新種Hydrostachys flabellifera的線描圖(田徑繪)