山茶科隸屬于被子植物菊分支杜鵑花目，共包含3族9屬約300余種，該科植物多為灌木及喬木樹種，具有重要的生態和經濟價值。其中，木荷屬(Schima)為亞洲特有屬，約含20種，該屬植物多為森林建群種及喬木層優勢種，以木荷為優勢種且與其它典型常綠闊葉樹種共同組成的“木荷林”，是我國中亞熱帶地區常見的常綠闊葉林類型。山茶屬（Camellia）含約120種，以我國長江以南的亞熱帶地區為其現代分布中心，該屬含有眾多重要的林木種質資源，如茶（C. sinensis）是世界著名天然保健飲料之一；油茶（C. oleifera）堪稱世界四大木本油料植物之一；山茶（C. japonica）及滇山茶（C. reticulata）是享譽國際的觀賞花卉。針對山茶科開展植物分類、分子系統學等研究將為有效保護及合理開發利用該科優質種質資源提供科學理論依據。 

　　中國科學院昆明植物研究所“植物分類與演化”專題攻關組圍繞唇形科、山茶科、禾本科等東亞特征性成分開展植物分類學、生物地理學及進化基因組學等方面的研究。前期，攻關組成員余香琴副研究員利用葉綠體基因組數據構建了該科的系統發育框架，并在此基礎上探討了東亞亞熱帶常綠闊葉林的演化歷史（Yu et al., 2017, New Phytologist），同時基于野外調查發現并報導了部分新分類群（Yu et al., 2021, Phytotaxa）。在此基礎上，通過與美國、哥斯達黎加及國內多位學者合作，收集到覆蓋山茶科所有3族9屬的57種植物，通過轉錄組測序（RNA-seq）和基因組淺層測序（low-depth whole-genome sequencing），獲得了57個物種的核基因轉錄本的數據，以GenBank中已發表數據，即來自安息香科、山礬科、五列木科等6個物種為外類群。通過分析，最終利用610個直系同源的低拷貝核基因（858606 bp）構建了山茶科的系統發育框架，同時對科內類群分化時間、網狀進化及全基因組加倍事件（WGD）進行了探討。

　　研究結果表明，與前期基于葉綠體基因組數據得到的族間演化關系一致，紫莖族為山茶科的基部分支，大頭茶族與山茶族構成姐妹類群。紫莖族與大頭茶族內部屬間關系與基于葉綠體基因組得到的關系一致。對于山茶族內部，同時結合來自核基因及葉綠體基因組的證據，(((Apterosperma–Laplacea), Pyrenaria), (Camellia–Polyspora))是最可能的系統發育拓撲結構，但Apterosperma–Laplacea分支的位置需要今后的研究利用更多數據進一步探究。網狀進化分析結果表明，山茶屬內部存在2次雜交事件，有趣的是，北美分布的Franklinia alatamaha 可能是由現今僅分布于北美及中美洲的Gordonia 的祖先類群與現今僅分布于亞洲的木荷屬的祖先類群雜交而來，分化時間分析將這次古雜交事件推向漸新世（Oligocene）晚期，這一時期存在的白令陸橋（Bering land bridge）可能為該洲際間的植物擴散和古雜交事件提供可能。值得一提的是，山茶族內部并沒有檢測到屬間雜交事件，澄清了之前研究中存在的爭議。通過Ks峰值的分析發現，山茶科在進化過程中與其它類群共享了兩次WGD事件，即核心真雙子葉植物共享的At-γ及核心杜鵑花目共享的Ad-β，與部分前人研究結果（e.g. Chen et al., 2020, Horticulture Research）不同，該科并沒有發生自身獨有的WGD事件。 

　　研究成果以“Phylotranscriptomics of Theaceae: generic-level relationships, reticulation and whole-genome duplication”為題在線發表于植物學領域專業期刊Annals of Botany上。博士研究生張瓊為論文第一作者，彭華研究員和余香琴副研究員為論文通訊作者。昆明植物所趙磊博士、楊世雄副研究員、高連明研究員，美國密西西比大學Ryan A. Folk博士，佛羅里達大學Douglas E. Soltis和Pamela S. Soltis教授，云南大學趙建立副研究員及哥斯達黎加生物多樣性研究所Nelson A. Zamora博士等參與了該研究。 

　　研究得到了國家自然科學基金（32070369, 31700182）、中國科學院重大科技基礎設施開放研究項目（2017-LSFGBOWS-02）、中國科學院“青年創新促進會”會員（2021393）及西部之光人才引進計劃等項目的支持。同時，工作受到中國西南野生生物種質資源庫保藏中心、昆明植物所標本館（KUN）及昆明植物園等部門的大力協助與支持。 

　　文章鏈接 

圖1 基于610個直系同源低拷貝核基因數據串聯分析得到的山茶科ML樹（左）及物種樹（右） 

圖2 基于610個直系同源低拷貝核基因數據的山茶科分化時間樹及Ks峰值分布圖