我校首次以第一作者和通讯作者单位在美国科学院院刊(PNAS)上发表论文

日期: 2012-05-02 来源: 兰大生科院 点击: ...
   

    5月1日,国际著名刊物《美国科学院院刊》(PNAS: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.)(5年平均影响因子为10.591,2012年数据未更新)在线发表了兰州大学分子生态所(草地农业生态系统国家重点实验室和生命科学学院)刘建全教授课题组及其国际合作团队的分子生物地理学和进化研究新成果:柏科植物随联合古陆的分离而发生隔离分化。

  该论文的作者包括兰州大学分子生态所的毛康珊博士等人,以及来自英国、美国和德国的科学家,我校刘建全教授为通讯联系人。第一作者和通讯联系人的第一单位均为兰州大学,是以兰州大学为主导,发表在该著名综合杂志上的第一篇论文。

  现有分子生物地理学研究结果表明,爬行类、两栖类和哺乳类主要类群的分化时间可能与联合古陆的分离时间大致吻合。然而这些研究结果大多为描述性质,并未进行严格的生物地理学假设检验。同时,由于植物多数类群的物种多样化时间较晚,类似研究鲜少、也很难在植物类群中开展。在种子植物中,柏科是开展类似研究的理想或唯一类群。首先,柏科植物遍布全球所有大陆(南极洲除外);其次,化石记录表明中侏罗纪时该科已经起源并且广布于联合古陆南、北部;第三,柏科现有类群多样性相对较高,其化石记录非常丰富,从而为多化石标记隔离分化时间提供了基础。

  该国际合作研究团队在过去10年中,对柏科物种进行了全世界的广泛取样,获得了122个物种的实验样品,利用植物三套基因组的近万个DNA碱基序列进行系统发育分析,建立了该科最为完善的分子系统发育关系,然后利用全证据分析确定了16个化石标记点;在此基础上计算了各主要分支的分化时间,并检验了其生物地理式样的形成过程。他们的研究表明:柏科在三叠纪早期起源于联合古陆东北部,自三叠纪晚期至侏罗纪晚期逐渐扩散至联合古陆南、北部并分化为现有的七个亚科。柏科最年轻的两个亚科分别为分布于南半球的澳洲柏亚科和主要分布于北半球的柏木亚科,二者在侏罗纪中期至白垩纪早期开始演变为不同的进化分支,这一时间与联合古陆南北隔离的时间高度吻合。基于似然法的祖先区域重建分析支持柏科两大亚科分化与联合古陆南北分离存在直接关联。该研究得到了国际同行的一致好评:“…the paper by Mao et al. is of broad interest to the scientific community. It documents one of the first examples of a seed plant clade, Cupressaceae, that nicely traces the breakup of Pangaea. The methods and procedures are cutting edge…”(“…毛康珊等作者的论文将会引起科学界的广泛关注。该研究利用柏科细致揭示了联合古陆分离的历史,这在种子植物中尚属首例。该论文应用了目前最前沿的方法和程序…”), “This is a very interesting and important paper, supported by an impressive data set and analyses…”(“这是一篇十分有趣和重要的论文,其展现的大量数据和相关分析使人印象深刻…”)。

  除此之外,该论文还对柏科的化石记录进行了系统梳理,将其中29个可靠的化石记录整合到祖先分布区域重建分析中去,详细论证了灭绝类群对该分析的影响。如此大规模地将灭绝类群应用到基于模型的生物地理学假设验证中,也是该项工作的一大亮点。从某种意义上来讲,该论文避免了以往研究仅考虑现有类群而忽略灭绝类群的误区,极大地改进了生物地理学假设检验方法的精确度。不难预见,该论文将博得生物地理学和进化研究领域科研工作者的广泛兴趣。

  科技部、国家自然科学基金委、教育部等机构为该项研究提供了支持。

  近年来,刘建全教授及其团队在长期的艰苦的野外科学考察、分类鉴定和材料收集基础之上,采用新技术和新分析方法,在生物地理学领域、特别是高山植物的进化历史方面取得了系统的、集成的研究成果,有一批论文发表在Molecular Biology and Evolution、Evolution、Molecular Ecology、New Phytologist、Journal of Biogeography等国际著名期刊上,得到了国际、国内同行的广泛关注。

相关链接
  论文题目:Distribution of living Cupressaceae reflects the breakup of Pangea  
  论文性质:直接投稿 (Direct Submission)、开源 (Open Access)
  全文链接: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1114319109  
  PNAS中文简介: http://baike.baidu.com/view/3839460.htm  
  古大陆分布格局数据库链接: http://jan.ucc.nau.edu/rcb7/globaltext2.html

背景知识
  古地质学证据表明,自两亿五千万年前至一亿六千万年前,地球所有大陆连结为一块超级大陆,称为联合古陆 (Pangea/Pangaea),又称泛古陆。晚侏罗纪至白垩纪早期(约一亿六千万年前至一亿三千八百万年前),联合古陆开始逐渐分离为两个超级大陆,即北方的劳亚古陆 (Laurasia) 和南方的冈瓦纳古陆 (Gondwana)。劳亚古陆是北半球主要大陆的前驱,后来逐渐破碎化形成北美洲、欧洲和大部分亚洲大陆。冈瓦纳古陆则是南半球主要大陆的前驱,先后分离产生出南美洲、非洲、印度(北半球),南极洲和澳大利亚大陆。联合古陆逐渐分离及破碎化的演化历史对地球生物的进化造成深远影响。联合古陆存在时,全球气候相对稳定和温和,纬度温度梯度并不明显而且地球两极也未结冰;另外,联合古陆不同部分仅存在有限的生物区系分化(即不同区域分布有不同的生物种类)。随着联合古陆逐渐分离及破碎化为不同的古大陆,地球古气候环境逐渐出现纬度温度梯度,导致生物开始适应不同气候环境,从而产生分化(即同一祖先的不同子系沿着不同的方向进化);同时,各个古大陆之间的隔离导致不同大陆上分布的生物类群之间的互相流动急剧减少,进而导致不同大陆的生物类群逐渐产生隔离分化.

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