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多倍体、地理和生态隔离对植物多样化的影响人参(五茄科)

摘要

背景

人参五加科是五加科中重要的药用属,几乎所有的五加科植物都具有传统中药的文化意义。先前的研究表明,该属在东亚和北美有两个独立的起源,在进化过程中可能发生了多轮全基因组复制(WGDs)。

结果

我们利用多种叶绿体和核标记来研究植物的进化和多样化人参.我们的系统发育分析证实了先前对间断分布的独立起源的观察,古代和最近的WGDs都发生在内部人参.对散度时间的估计表明,古WGD可能发生在天河建立之前人参.此后,至少有两个独立的最近WGD事件发生在内部人参其中一种导致了三个地理上孤立的四倍体物种的形成人参,日本人参而且p . quinquefolius.群体遗传分析表明,该物种为二倍体三七其核苷酸多样性明显低于两个四倍体物种p .人参而且p . quinquefolius3个物种在外显子区均表现出明显的核苷酸变异规律。

结论

本研究结果基于系统发育和群体遗传分析,并结合植物的物种分布格局人参表明两轮WGD以及地理和生态隔离可能共同促进了该属的进化和多样化。

背景

全基因组复制(WGD)或多倍体被认为是被子植物多样化的核心[12].众所周知,所有被子植物都是古多倍体[3.4],并经历了多轮WGD [5].迄今为止,约30 - 70%的现存植物品种是多倍体[6].异源多倍体物种将两组或两组以上不同的基因组结合在一起,从而产生一套基因组调节[7- - - - - -9]从而产生了各种新的形态和生理表型[10- - - - - -12].这些观察结果提出了多倍体有助于被子植物多样化的假设。事实上,已经证明15%的被子植物物种形成事件伴随着倍性增加[13].以草族为例,尽管没有直接证据表明同种异体多倍体加速了物种多样化,但至少有三分之一的物种形成事件与遗传的同种异体多倍体有关[14].此外,一系列来自不同植物类群的研究表明,多倍体化导致的“基因组冲击”对遗传结构(如基因丢失)、表观遗传修饰(如胞嘧啶甲基化)和基因表达(如同源同源偏置表达)具有深远的影响[15- - - - - -19],其中一些诱导变化与表型变化有关[20.- - - - - -22].这些特征表明,多倍体本身作为一种物种形成模式和产生新的变异的途径,确实促进了植物的进化和多样化。

人参五加科(五加科)是东亚一个重要的药用属,几乎该属的每一种都具有传统中药的文化意义[23].的分类人参一直有争议,由于的范围p .三七而且p .对虾24- - - - - -26].例如,所有来自中国西南部的物种都被视为品种p .三七27].然而,Zhou等人。25感动了一些p .三七品种(如p .三七var。bipinnatifidus)进入物种p .对虾基于它们的三萜和种子形态。此后,Wen和同事们重建了植物的系统发育树人参基于nrITS和选定的叶绿体基因[2328- - - - - -30.].迄今为止,根据其地理分布、染色体数目和系统发育关系,已确定了7个公认的物种和1个物种复合体[30.].基于系统发育树和染色体数量,Yi等[31]提出在该属内至少发生过两次多倍体事件人参,其中一个导致了三个地理上孤立的四倍体的形成(2n= 48)物种p .人参p .对虾而且p . quinquefolius.最近发生的另一起多倍体事件发生在p . bipinnatifidus物种复合体,其中两个二倍体(2n= 24)和四倍体。这些研究为认识属的进化史提供了一个框架人参.然而,这些系统发育分析主要基于nrITS和选定的叶绿体基因,二倍体和四倍体物种之间的关系和核苷酸变异模式尚未得到研究。此外,荧光原位杂交(FISH)和基因组学原位杂交(GISH)分析显示,该基因为异体四倍体p .人参3233].更重要的是,最近基于表达序列标签(ESTs)的研究表明,该四倍体物种p .人参而且p . quinquefolius经历了两轮WGD,并在最近的四倍化事件后相互分化[3435].这些特征表明了进化轨迹人参物种比我们想象的要复杂得多。

在这项研究中,我们使用了12个叶绿体基因组人参和相对属,以确定古WGD是否发生在属建立之前人参.进一步推断现存生物的进化轨迹人参利用nrITS、4个叶绿体和7个单拷贝核基因研究了二倍体和四倍体物种的系统发育关系。为了评估多倍体化对遗传多样性的影响,我们研究了两个四倍体的核苷酸变异模式,p .人参而且p . quinquefolius,一个二倍体种三七基于36个单拷贝核基因。与其他同族种相比,这三个具有重要经济价值的种在东亚地区已被广泛认识和栽培。四倍体物种p .人参而且p . quinquefolius在东亚被用作补药和抗疲劳药已经很长时间了。同样,二倍体物种三七数千年来一直被认为是一种预防出血和疗伤的药物[30.].我们希望通过本研究揭示多倍体化、地理和生态隔离对属的进化和多样化的贡献人参

结果

的系统发育分析人参

植物的地理分布和染色体数目人参种类如图所示。1.每个对线的长度和信息特征以及标本的详细信息在附加文件中给出1:表S1和附加文件2:表S2。综上所述,4个叶绿体基因的组合基质包含3031个字符,其中211个(7.0%)为可变位点。同样,12个物种的叶绿体全基因组的排列长度为144,303 bp,其中11,506个位点(8.0%)为多态性位点。nrITS和单拷贝核基因的信息性状比例明显高于叶绿体基因的信息性状比例(8.2%)Z8到25.6%的nrITS(附加文件2:表S2)。7个核基因的单倍型数量见附加文件2:从GenBank下载的DNA序列的表S2和登录号列在附加文件中3.:表S3。

图1
图1

现存二倍体和四倍体的地理分布和染色体数目人参物种。二倍体物种p . trifolius与四倍体分布重叠p . quinquefolius.的p . bipinnatifidus物种复合体覆盖的分布范围三七p . stipuleanatus而且p .三七.星号,物种的采样位置p .人参而且p . quinquefolius在中国吉林省;圆,采样位置p . bipinnatifidus四川省物种杂群;三角形,的采样位置三七p . stipuleanatus而且p . bipinnatifidus中国云南省的物种复合体。原地图从维基共享资源下载(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Map_of_the_Pacific_region.svg?uselang=zh-cn).的地理分布信息人参品种检索自美国农业部自然资源保护局(www.plants.usda.gov)及中国植物志(www.efloras.org

利用贝叶斯推理(BI)进行系统发育重建,在叶绿体和核数据集之间形成了不同的拓扑结构(图2)。2而且3.).详细地,基于全叶绿体基因组的BI树揭示了属的物种楤木属而且人参这支持了先前的观察,即这两个世系是五加科中最接近的属。2).为此,我们采用了楤木属种作为外群时,我们进行系统发育分析人参物种。如图所示。2 b北美二倍体物种p . trifolius置于支撑值较高(后先验值= 1.00)的基枝。同样,亚洲的两个二倍体物种p .三七而且p . stipuleanatus形成一个单系支系,与其他亚洲种有明显的系统发育位置。值得注意的是,剩下的物种被分为两个不同的谱系,其中一个包含三个四倍体物种p .人参p .对虾而且p . quinquefolius,而另一个演化枝包括三七而且p . bipinnatifidus物种复杂。这些特征表明,这两个世系具有相同的祖先叶绿体基因组,而不同于三个基础二倍体种。

图2
figure2

基于全叶绿体基因组的贝叶斯树的发散时间和拓扑结构(一个)和四个选定的叶绿体基因(b).每个节点的左右分别为发散时间(100万年前)和海报先验支持。两个系统发育树中没有显示每个分支的长度

图3
图3

基于nrITS和7个单拷贝核基因的贝叶斯树拓扑结构。每个分支代表一个单倍型,来自同一物种的相同序列被删除。树枝的颜色代表不同的种类。每个基因的单倍型数量在附加文件中显示2表S2

相比之下,nrITS和7个核基因的BI树揭示了更复杂的系统发育拓扑结构人参物种(图。3.).例如,尽管三个基础物种的系统发育位置,p . trifoliusp . stipuleanatus而且p .三七,叶绿体与nrITS的拓扑结构无显著差异p . bipinnatifidus种复合体没有聚在一起三七在nrITS的BI树中作为一个单系支系(图。3.).相反,它们表现出多种模式,然后与三七还有三个四倍体物种p .人参p .对虾而且p . quinquefolius.的p . bipinnatifidus本研究所使用的材料既包括二倍体,也包括四倍体,覆盖了中国东南部和西南部的现有分布。多种分布模式表明该物种复合体可能是异质起源。同样,七个核基因的拓扑结构也揭示了这一点p . stipuleanatus显示出与其他亚洲种不同的系统发育位置(图。3.).这些发现表明三七而且p . bipinnatifidus种复合体更接近四倍体种p .人参而且p . quinquefolius而基生二倍体种(图;3.).然而,我们注意到三个四倍体物种的nrITS拓扑结构显示了同源四倍体模式。相比之下,7个核基因的拓扑结构显示,单倍型p .人参而且p . quinquefolius大多数核基因混合在一起,明显支持两个物种的同种四倍体。综上所述,我们基于叶绿体和核基因的结果表明p .人参而且p . quinquefolius异体四倍体和所有的遗传系p . bipinnatifidus物种复合体具有相同的母系起源。

全基因组复制和分化时间

先前基于表达序列标签(est)的研究已经证明了四倍体(2n= 48)物种p .人参而且p . quinquefolius经历了两轮WGD [3436].为此,我们估计了的散度时间人参分别以四个叶绿体基因和整个叶绿体基因组为基础的种。散度时间的估计表明,属人参背离楤木属大约1120万年前(MYA)(95%置信区间(CI): 6.0-22.8 MYA)的整个叶绿体基因组数据(图。2)和12.1 MYA (CI: 8.5-17.4 MYA)。2 b),分别。其后,基生种p . trifolius和祖先p . stipuleanatus而且p .三七在9.4 MYA之前与其余物种发生了分化(CI: 6.6-13.1 MYA)。2 b).值得注意的是,我们的结果揭示了三个四倍体物种,p .人参p .对虾而且p . quinquefolius在0.8-1.0 MYA (CI: 0.5-1.2 MYA)期间,共享同一母亲供体,并彼此分化(图。2 b).相反,散度时间之间三七而且p . bipinnatifidus物种复合体早于三个四倍体种。有人建议p . bipinnatifidus物种复合体最近也经历了WGD [31].在我们的研究中,确切的起源p . bipinnatifidus由于单拷贝核基因的样本量有限,且染色体数目不确定,无法确定物种复合体。然而,我们的系统发育结果表明,亚洲的二倍体种三七分享了母亲的基因组p . bipinnatifidus物种复合体(图;2 b),但在nrITS和核基因上显示出独立的系统发育位置(图。3.).同样,亚洲二倍体种p . stipuleanatus在叶绿体、nrITS和核基因的基枝位置,表明它没有参与最近的两次WGD事件。在北美的两个种中也发现了类似的现象,表明虽然都是二倍体p . trifolius和四倍体p . quinquefolius分布在北美,这两个种分为两个不同的支系(图。2 b而且3.).

核苷酸多样性

为了估计在二倍体和四倍体物种之间是否存在异质进化率,我们比较了同源同源物种的核苷酸变异模式三七p .人参而且p . quinquefolius基于36个单拷贝核基因。如我们的结果所示,二倍体物种三七在总位点(St)、同义位点(Ssyn)和非同义位点(Snon)的变异数量明显少于两个四倍体物种p .人参而且p . quinquefolius(无花果。4和附加文件4:表S4,t以及,所有pvalues < 0.003)。例如,圣三七范围从0(轨迹确实可以31号而且W59)到58(轨迹W48),而St从5(轨迹W28而且31号)到92(轨迹Z63)和4(轨迹W28)到94(轨迹Z63)p .人参而且p . quinquefolius,分别(附加文件4:表S4)。在π参数处也观察到类似的结果T在36个基因中,哪些基因的核苷酸多样性明显较低三七而不是p .人参而且p . quinquefolius(附加文件4:表S4)。特别地,我们注意到36个核基因外显子区域核苷酸多样性的下降比内含子区域的下降更明显(附加文件4:表S4)。例如,36个核基因中的10个三七在外显子区域没有显示变异,但同义和非同义突变均在报告p .人参而且p . quinquefolius.此外,三七ka/ks值也显著低于四倍体p .人参而且p . quinquefolius(附加文件4:表S4,t以及,pvalues < 0.03)。

图4
装具

每个基因总分离位点的定量一个,种专一性b同义的c和产生的d36个基因的位点。竖条上面的数字是每个基因分离位点的确切数目。36个核基因的详细信息见附加文件4表S4

为了进一步评价四倍化对四倍体物种遗传构成的影响,我们比较了两个四倍体的核苷酸变异规律p .人参而且p . quinquefolius.我们的结果表明,亚洲四倍体p .人参St的数量略多于北美四倍体p . quinquefolius(无花果。4和附加文件4:表S4,t以及,p= 0.364)。值得注意的是,两个四倍体物种在外显子区域表现出不同的核苷酸变异模式(图2)。4和附加文件4:表S4)。例如,在36个核基因中,绝大多数的非同义突变率较高p .人参相比p . quinquefolius(无花果。4和附加文件4:表S4,t以及,p= 0.02)。同样,36个核基因的ka/ks值也表现出明显差异p .人参而且p . quinquefolius(附加文件4:表S4)。值得注意的是,这三个物种都具有较高水平的物种特异性SNPs(图2)。4和附加文件4:表S4)。比如,虽然是两个四倍体p .人参而且p . quinquefolius最近,两种四倍体中有495个和313个snp是各自特有的。

讨论

古代和近代的多倍体,然后是地理和生态隔离

多倍体是植物基因组的普遍特征,在植物的进化和多样化中起着至关重要的作用[37].多倍体从发生时间上大致可分为古多倍体(古WGD)和新多倍体(近WGD) [38].最近的多倍体事件很容易通过染色体数量、基因组大小和相对于祖细胞的基因拷贝数来识别。相比之下,古代多倍体的证据主要来自比较遗传作图、对特定基因家族的分析或通过ESTs对重复基因的鉴定[39].

古代WGD对植物进化和多样化的贡献是公认的[40- - - - - -42].以豆科植物为例,在早期辐射阶段发生了多次独立的多倍体事件,这可能为导致共生固氮进化的遗传创新提供了原材料[43- - - - - -45].在人参,之前基于ESTs的研究表明,现存的四倍体物种,p .人参而且p . quinquefolius其中,第一轮WGD发生在24.6-32.8 MYA [3435].在本研究中,我们基于系统发育和分化时间分析的结果表明该属人参经历了古代和近代的WGDs。考虑到这两个属人参而且楤木属具有相同的基本染色体数目(n= 12) [31],并明显晚于第一轮WGD的分化,我们认为古WGD可能发生在属建立之前人参.在这一假设下,很容易预测现存的二倍体种人参是古多倍体,这被认为是植物中常见的现象[46].我们注意到现存的二倍体和四倍体的基因组大小人参物种差异极大[47- - - - - -49].相似的观察结果也在Gossypium而且拟南芥在WGD期间和/或之后的快速基因组革命和逐渐的二倍体化过程可能导致基因组大小的变异和进化[50- - - - - -53].综上所述,我们的研究结果表明,古代WGD可能促进了物种的进化和多样化人参.除了古老的WGD,我们的系统发育和分化时间分析也揭示了最近的多倍体事件。然而,我们注意到nrITS拓扑结构没有显示出三个物种的异体四倍体p .人参p .对虾而且p . quinquefolius,这与先前基于FISH和GISH的观测结果并不一致[33].可能的解释可能是来自不同基因组的同源物通过协同进化而均质化。正如预期的那样,七个单拷贝核基因的拓扑结构证实了这三个物种的异体四倍体。值得注意的是,所选的4个叶绿体基因和nrITS拓扑结构都表明这3个四倍体物种都是单一的四倍化起源。类似的现象也报道在Gossypium其中五个现存的四倍体物种(AADD)是由一次多倍体事件衍生而来的g . raimondii就(DD)和两个现存的a基因组物种约1-2 MYA [54- - - - - -57].然而,在我们的案例中,本研究中使用的二倍体物种可能不是三个四倍体物种的直接祖细胞。相反,我们的系统发育结果表明,这三个四倍体可能有相同的母体供体,并可能共享父母祖先三七而且p . bipinnatifidus形式复杂。相似的系统发育模式也观察到那两个四倍体呢p . miliaceum而且p .被拥有相同的亲代基因组,但有不同的母亲供体[58].因此,这三个四倍体物种的直接供体目前可能不存在。也有人认为最近的WGD发生在p . bipinnatifidus物种复合体[31].在我们的研究中,虽然是二倍体物种三七的重叠分布p . bipinnatifidus种属复杂,系统发育分析表明,它可能不参与最近的WGDp . bipinnatifidus物种复杂。相反,观察到的多系模式表明,多倍体内p . bipinnatifidus物种复合体可能是通过自多倍体作用形成的。总之,我们的研究结果表明,最近的WGDs确实促进了多元化人参

已证明,属人参显示东亚和北美东部之间的间断分布[59- - - - - -61].在这里,我们的结果证实了先前的假设,两个独立的来源的间断分布人参2328].特别是我们注意到的二倍体种p . trifolius是否参与了四倍化p . quinquefolius,但在北美东部呈重叠分布。相比之下,尽管有三个地理上孤立的四倍体,p .人参p . quinquefolius而且p .对虾它们分别分布于东北亚(不包括日本)、北美和日本,通过单一的四倍化事件建立,几乎同时分化(0.5-1.2 MYA)。这些特征表明,地理隔离可能是促进三个四倍体分化的潜在机制之一。此外,据报道,在p . bipinnatifidus物种复杂,四倍体通常出现在高海拔地区[2829].类似的观察结果也在香雪球montanum-答:被多倍体为物种多样化提供了原料,而地理和生态的隔绝进一步刺激了物种形成[62].在这一假设下,我们的研究结果表明,古代和最近的多倍体化,以及地理和生态隔离,可能共同在进化和多样化中发挥了重要作用人参

二倍体和四倍体物种的核苷酸多样性

WGD对植物基因组构成的深远影响已被广泛认识[81115171963].多倍体的显著特征是它会增加特定基因的拷贝数。因此,与二倍体相比,多倍体中的同源体具有较高的遗传多样性和杂合度,这主要是由于多个亲本拷贝的选择和重新结合较为宽松[1664- - - - - -67].在这种情况下Gossypium例如,基于48个核基因的群体遗传分析表明,在中国,多倍体存在Gossypium已导致核苷酸取代率的适度提高[68].在这里,我们的研究还证明了两个四倍体物种,p .人参而且p . quinquefolius, 36个核基因总位点的核苷酸多样性均高于二倍体三七.可能的解释可能是两个异体四倍体拥有两个不同的基因组,这将增加全基因组水平上的杂合和核苷酸多样性。此外,有限的样本量三七也可能是低核苷酸多样性的原因。值得注意的是,我们发现绝大多数SNPs都是针对这三个物种的,这表明其中一些SNPs可能是在它们分化后积累起来的。鉴于这三个物种最近的差异和异地分布,我们认为,除了最近WGD的影响外,地理隔离也可能导致了这三个物种的明显变化模式。

先前的研究表明,基因复制在编码序列进化中起着至关重要的作用[6469- - - - - -71].在六倍体小麦中,WGD产生的重复直系同源体可以通过放松选择改变编码序列的进化动态,从而为新突变的积累提供机会,从而影响基因功能[72].在我们的研究中,我们发现,与36个核基因的内含子相比,二倍体物种外显子核苷酸多样性的下降比两个四倍体物种更明显。其中,二倍体品种在36个核基因上ka/ks值明显较低。此外,我们还注意到两个四倍体种之间也有明显的变异模式。在这个地方Z8作为一个例子,只有两个同义突变在p . quinquefolius但在基因中发现了8个和5个同义和非同义突变p .人参.这些发现使我们推测基因复制可能提供了原料,自然选择有利于二倍体和四倍体物种之间的不同突变。

结论

WGD被认为是促进植物进化和多样化的驱动力。在此,我们基于多个叶绿体和核基因组标记的系统发育分析表明,古代和近代的WGDs以及地理和生态隔离共同促进了WGDs的多样化人参物种。通过比较二倍体和四倍体物种的核苷酸变异模式,我们发现这些核基因在进化过程中可能受到了不同的选择压力的作用。

方法

取样及DNA提取

本研究的目的是推断现存物种的系统发育关系人参物种和评估相同的正交同源在二倍体和四倍体物种之间是否表现出异质的进化速率。为此,11和15个人三七(伯基尔)陈前和p .人参分别采自中国云南省和吉林省。类似地,七和八的加入p . quinquefoliusl .,p . stipuleanatus蔡和冯分别来自中国吉林省和云南省。这些物种的样本是从一个广泛的地理区域收集的,包括几个种群。此外,从中国云南和四川两省选取了4个样本作为代表p . bipinnatifidus似乎。物种复杂。这些样品的确切地理位置如图所示。1.这四个物种,p . bipinnatifidus人参而且三七,广泛分布于中国西南和东北地区,标本采集无需特殊许可。这个物种p . quinquefolius天然分布于北美,在北美和中国东北广泛种植。我们收集了七个栽培品种p . quinquefolius从中国吉林省得到业主的许可。其余13个入选p . quinquefolius这些样品是我们的合作者从美国市场购买的。这些遗迹的确切地理位置尚不清楚。本研究中使用的标本的详细信息列在附加文件中1:表S1。按照制造商的说明,使用Qiagen(天根,北京)从每一种加入的硅胶干燥叶片材料中提取基因组DNA。

叶绿体、nrITS和单拷贝核基因选择

的建立和演变过程人参,我们下载了两个人的整个叶绿体基因组人参和来自GenBank的九个近属种(人参、KF431956、KC686332;田七KJ566590;楤木属undulataKC456163;Dendropanax dentigerKP271241;Metapanax成为KC456165;Kalopanax septemlobusKC456167;Eleutherococcus senticosusJN637765;Brassaiopsis hainlaKC456164;鹅掌柴成为KC456166;Hydrocotyle verticillataHM596070;Petroselinum crispumHM596073)。进一步探讨现存二倍体和四倍体的进化轨迹人参,我们利用nrITS和四个叶绿体基因(trnDpsbK-psbI,:而且ycf1)重建系统发育树(附加文件2:表S2和附加文件3.:表3)。在分子系统发育研究中,nrITS区域是最受欢迎的核DNA区域之一,然而个体内的谬误[73- - - - - -75]和协同进化在很大程度上限制了它在系统发育工作中的应用,特别是在多倍体物种中。相反,单拷贝或低拷贝核基因被认为在解决此类问题方面特别有用,并且是一种越来越受欢迎的nrITS替代方案[76].为此,根据我们之前的研究,筛选出53个单拷贝核基因[7778],其中36个在二倍体物种中被成功扩增三七四倍体物种人参和西洋参(附加文件5:表S5)。7个基因在属间表现出高度的转移性人参而且楤木属用于构建系统发育树(附加文件2:表S2)。

PCR、测序和系统发育分析

在含有0.2 mM dNTP和1.5 mM MgCl的50 μL体积中对单拷贝核基因进行聚合酶链反应(pcr)2,每个引物0.5 mM, 1U rTaq聚合酶(Takara,大连,中国),约50 ng DNA模板,在以下条件下:95℃下5 min,然后在94℃下30 s,每个引物组合的退火温度下30 s进行30个循环(附加文件)5:表S5),在72°C下60秒,然后在72°C下最后延长5分钟。7个单拷贝核基因扩增用凝胶带纯化试剂盒(天根,北京,中国)纯化,按照厂商说明书使用pMD18载体(Takara,大连,辽宁)克隆。为了获得7个核基因的不同单倍型,我们选择了每个物种的多个遗传接点,每个遗传接点测序4-10个无性系。

使用Clustal中的默认参数对DNA序列进行对齐[79],并使用BioEdit手动编辑[80如有必要。来推断动物的系统发育关系人参利用MrBayes对nrITS、组合叶绿体和单拷贝核基因进行BI分析[81),分别。使用jModelTest估计每个数据集的模型参数[82].每个数据集的最佳拟合模型在附加文件中显示2:表S2。对于贝叶斯树,运行两个独立的马尔可夫链,并同时计算每个数据集的1,000,000代。当平均标准偏差低于0.01时,通过停止分析来评估两个运行的收敛性。贝叶斯后验概率被估计为所有样本树木的大多数共识,其中前25%被丢弃作为老化。的散度时间人参利用PAML的mcmctree方法计算相关属[8384].分别选用独立速率和HKY85作为分子钟和核苷酸取代模型。歧义字符从对齐中去除。的经验散度时间p .人参/p . quinquefolius(0.8-1.2 MYA)和p .人参/三七(3.5-5.2 mya) [3536]被分配来限制的年龄人参.采用了分枝率的出生-死亡先验,并对10,000代进行了三个独立的分析。

SNP重新校准和核苷酸多样性

36个单拷贝核基因的参考文献来自我们之前的研究[7778].香港的人口数据p .人参p . quinquefolius而且三七使用Illumina Hiseq 2000(华大基因,深圳,中国)进行测序。使用FastQC检查原始读取的质量[85]和低质量(Phred < 30) reads被删除。首先使用Burrows-Wheeler Aligner根据获得的参考文献筛选干净reads的对齐[86].低质量单核苷酸多态性(SNPs)(映射质量< 30,深度< 10)和PCR重复使用SAMtools从映射的reads中去除[87].杂合子和纯合子SNPs根据我们之前的研究报道[78].应用Perl脚本通过将参考文献替换为报告的snp来为每个基因生成比对。插入/删除(INDELs)被排除在后续的数据分析之外。据此,共将55万条100 bp的配对末端reads(去除低质量reads和PCR重复)映射到参考文献中。因此,我们得到每个个体每个基因的平均覆盖率为~80.6 ×。根据三个物种的总分离位点估算了每个物种的物种特异性snp的数量。这三者的核苷酸多样性人参使用DnaSP v5计算物种[88],包括分离位点数(S)、非同义位点与同义位点比值(Ka/Ks)、核苷酸多样性π [89],分别为全部网站、非同义网站和同义网站。在三个物种中均表现为单胚性的分离位点不包括在核苷酸多样性分析中。

支持数据的可用性

本研究产生的所有数据均提交给GenBank,登录号为KT593555-KT593862和PRJNA291547。

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下载参考

致谢

感谢闫海飞提供的资料人参物种。国家自然科学基金(31470010)资助。

作者信息

从属关系

作者

相应的作者

对应到Hong-Xing肖Lin-Feng李

额外的信息

相互竞争的利益

作者宣称他们之间没有利益冲突。

作者的贡献

FXS和MRL进行了分子遗传学研究,进行了系统发育分析,并起草了手稿。YLL对核基因的高通量数据进行分析,并进行群体遗传分析。PJ和CZ开发了单拷贝核基因,并测试了其转移性。HXX和YZP收集样品并帮助起草手稿。LFL、HXX和BL参与了本研究的设计和协调。LFL和BL撰写了这份手稿。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

石凤雪、李明锐和李亚玲对这项工作做出了同样的贡献。

附加文件

附加文件1:表S1。

登记入册的人参从36个单拷贝核基因中取样的物种和外群。(docx43 kb)

附加文件2:表S2。

本研究中使用的叶绿体和核基因的详细信息。(docx58 kb)

附加文件3:表S3。

的加入编号人参本研究中使用的物种和外群。(docx23kb)

附加文件4:表S4。

本研究中使用的36个单拷贝核基因的核苷酸变异模式。(docx34kb)

附加文件5:表S5。

本研究中使用的36个单拷贝核基因的详细信息。(docx22 kb)

权利和权限

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引用本文

施,外汇。,Li, MR., Li, YL.et al。多倍体、地理和生态隔离对植物多样化的影响人参(五茄科)。BMC植物生物学15日,297(2015)。https://doi.org/10.1186/s12870-015-0669-0

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关键字

  • 叶绿体
  • Disjunt分布
  • nrITS
  • 核苷酸多样性
  • 人参
  • 单拷贝核基因
  • 全基因组复制