绿藻门叶绿体系统发育基因组学研究

The green algae represent one of the ancient groups of photosynthetic eukaryotes, and reconstructing a reliable phylogenetic relationship is essential to understand the evolutionary history of green algae. However compared to land plants, the phylogeny in the green algal phylum Chlorophyta remains uncertain. In this proposal, we will sequence 30 complete chloroplast genomes from 5 class (15 orders) of Chlorophyta. Based on the newly generated and published chloroplast data, we will reconstruct the phylogenetic relationships for the Chlorophyta, and analyze the structural variation of chloroplast genomes. By this proposal, we will gain new insights into the green algae evolution, and provide the efficient approaches for evaluating the impact of systematic errors in phylogenomic analyses for plant data.

绿藻作为光合真核生物中古老的类群之一，具有复杂多样的进化历史。构建可靠的系统发育树是理解绿藻形态性状和功能基因进化的基础。然而与高等植物相比，绿藻门的系统发育关系和进化历史一直备受争议。本项目拟选取绿藻门5个纲15个目共30个代表类群，利用高通量测序技术获得完整的叶绿体基因组。结合已有的叶绿体基因组数据，采用系统发育基因组学的方法，重建绿藻门各类群间的系统发育关系，并分析叶绿体基因组结构特征的进化规律。通过本项目的研究，不仅有助于深入理解绿藻的进化历史，而且为其他类群的系统发育基因组学研究提供可借鉴的分析方案。

绿色植物是一类古老的光合真核生物，分布广泛，在全球生态系统中扮演着重要作用。绿色植物早期演化出两大类群，分别是绿藻门和链形植物门。其中，绿藻门是真核生物中能进行光合作用的古老类群之一，进化地位尤为重要，但进化历史相对复杂。核心绿藻门包括绿藻纲、石莼纲、共球藻纲、平藻纲和四爿藻纲，这些纲之间和纲内部的系统发育关系仍存在较大争议。由于早期绿色植物化石保存的不完整性以及分析方法上的不足，绿色植物的起源和演化时间一直尚未确定。为了深入理解绿色植物的起源与演化历史，构建绿藻门的系统发育关系及绿色植物可靠的时间轴是至关重要的。. 我们首先选取了101个绿藻门的叶绿体基因组，利用73个叶绿体蛋白编码基因，对数据的系统发育信号进行全面评估，并结合同质性和异质性替代模型对绿藻门进行系统发育基因组学的分析。研究发现通过逐步去除碱基异质性高的位点，数据的系统发育信号得到增强，最终获得了强统计支持且基本一致的系统树，即在核心绿藻门中，绿藻纲和共球藻纲是单系起源，而石莼纲为多系类群。随后，我们利用99种代表性绿色植物的叶绿体蛋白编码基因，结合21个化石标定点，估算绿色植物以及各主要类群的起源与分化时间，并探究了几种不同因素对估算分歧时间的影响。当使用不同的化石标定点和分子钟-分区模型时，对整个绿色植物各主要冠群节点的分歧时间影响较大。将影响分歧时间的不确定性因素进行整合后，估算绿色植物的起源时间为古元古界到中元古界，陆地植物的起源时间为埃迪卡拉系到中奥陶统。. 本课题通过减少噪音信号数据，提高了绿藻门系统发育分析的准确性，为寻找系统发育信号较强的数据集提供了有效的分析方法。此外，在采用贝叶斯分子钟测定谱系分化时间时，建议考虑到各种不确定性因素的综合影响，为后续的研究提供了较为全面的参考。