トウヒ属植物の進化史と多様化を支える遺伝的基盤を解明(Study Reveals Evolutionary History and Genetic Basis of Spruce Diversification)

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2026-11-06 中国科学院(CAS)

中国科学院西双版納熱帯植物園と蘭州大学の研究チームは、北半球の森林を構成する重要な樹木であるトウヒ属(Picea)の進化史と種多様化の遺伝的基盤を解明した。37種のトランスクリプトームデータを統合し、118件のデータセット(うち43件は新規取得)を解析した結果、トウヒ属の系統関係に見られる遺伝的な不一致の主な原因は、交雑ではなく不完全系統分岐(ILS)であることを明らかにした。405個の低コピー遺伝子を用いて4つの主要系統群を特定し、北米西部に分布する希少種Picea brewerianaが最も初期に分岐した系統であることを示した。また、約275個の遺伝子で属全体の基本的な系統関係を再構築できることを確認した。さらに、チベット高原、東アジア、北方林の各地域で、低酸素・ストレス応答、タンパク質制御、光合成・木質形成などに関わる遺伝子群が異なる環境適応を示すことを明らかにした。本成果は、気候変動下における森林生物多様性の保全や遺伝資源管理に重要な知見を提供する。

<関連情報>

トウヒ属植物の汎トランスクリプトーム解析により、複雑な系統発生上の対立と適応の痕跡が明らかになった Picea pan-transcriptomes reveal signatures of complex phylogenetic conflict and adaptation

Zhaorui Fan, Lian Liu, Liru Ma, Qing Lai, Chaoran Weng, Shengming Lu, Hui Zhu, Jiahui Chen, Yongshuai Sun, Dafu Ru
Cladistics  Published: 24 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/cla.70077

Abstract

Coniferous forests are among the ecosystems most exposed to rapid climate warming, and a well-resolved phylogeny of Picea is essential for understanding the evolutionary processes that have shaped diversification and regional differentiation across the genus. Here, we analysed pan-transcriptomes spanning 37 Picea species from across Northern Hemisphere forests. Our analyses reveal a bipartite pan-transcriptomic architecture in which core genes (9.4%) are associated primarily with fundamental cellular functions, whereas dispensable and private components (90.6% combined) are more strongly associated with ecological differentiation. Species trees inferred from low-copy orthologues resolve four major clades, and approximately 275 loci are sufficient to recover a stable backbone topology. Coalescent analyses indicate pervasive genealogical discordance, with incomplete lineage sorting (ILS) showing the greatest relative importance (27.75%) and gene-flow signals contributing less (7.27%). The most variable gene families (7.4%) further delimit three biogeographically structured regional groups: Qinghai–Tibet Plateau lineages are characterized by genes involved in environmental stress, signalling and low-oxygen responses; East Asian lineages show greater representation of protein metabolism and ubiquitin-mediated regulation; and Holarctic lineages are characterized by photosynthesis, chloroplast function, cell-wall processes and secondary metabolism. Together, these findings link regional gene-family differentiation with the persistence of ancestral polymorphism and provide a phylogenomic framework for understanding spruce diversification and for developing hypotheses relevant to climate-resilient forest conservation.

細胞遺伝子工学
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