为了研究柑橘的遗传多样性和进化史,我们分析了58个柑橘加入和两个外群(Poncirus and Severinia)的基因组,这些基因属于高覆盖范围,包括最近发布的序列2,3,7以及30个新的基因组序列。出于我们的目的,我们不包括通过躯体突变相关的加入。这些序列代表了柑橘类,它们的混合物和杂种的多种取样(补充表2、3和补充注释1、2)。我们的收藏包括来自八个先前未陈述和/或未经审查的柑橘种类的加入,例如纯普通话(柑橘网),柑橘(Citrus Medica),Citrus microntha(柑橘类木花木皮木花中的野生物种),Nagami kumquat(Nagami Kumquat)被称为柑橘骑兵;该物种也被视为帕皮达(Papeda),以及三种澳大利亚柑橘(补充注释3,4)。对于每个物种,我们都对一个或多个没有种间混合物的纯饰品进行了测序。
可以根据跨基因组祖先信息的单核苷酸多态性来划定每个加入的局部分段祖先(补充祖先的基因型)(补充注释5)。比较基因组分析进一步确定了附件之间的共同单倍型(补充注释6,7)。特别是,我们证明了rangpur石灰和红色粗糙柠檬(两种不同的普通话 - citron杂种),墨西哥石灰(一种微晶状体 - citrid杂种)和calmondin(kumquat – mandarin hybrid)的f1杂种性质杂种),柠檬(一种酸橙 - citron杂种)和胚胎(甜橙色和埃默氏菌glauca(也称为柑橘glauca)杂种)。我们还验证了鸡尾酒葡萄柚的父母,低酸Pummelo为种子父母,国王和丹西·普通话是父亲一侧的两个祖父母。同样,Ambersweet Orange的起源是一种普通话 - 味道橙色的混合体,奶油蛋白是祖父母。我们先前已经表明,酸橙(cv。Seville)(柑橘类)是Pummelo – Mandarin杂种,并分析了甜橙(柑橘Sinensis)的更复杂的起源2。从十个甜橙色品种的重新分析序列表明,它们都是由体细胞突变衍生出的,因此未包括在我们的研究中。
我们通过结合多样性分析(扩展数据表1),多维缩放和叶绿体基因组系统发育(扩展数据图1B)来确定十个祖细胞柑橘种(补充注释4.1)。多维标度(图1A)中的前两个主要协调分离与商业上重要类型的三个祖先(有时称为“基本”)柑橘类物种,8,9- cit(C. c. persica),普通话(C. reticulata)(C. reticulata)和Pummelos(C. cummelos)和Pummelos(Citrus maxima),以及涉及莱姆斯(Limes),或者在这些物种,或杂种中,杂种和杂种。核苷酸的多样性分布(图1B)显示出针对特定差异和种内变异的独特尺度,并反映了每个登录的遗传起源。相对于种内多样性(0.1-0.6%),很容易根据其较高的节段性杂合性(1.5-2.4%)(0.1-0.6%),很容易根据其较高的节段杂合性(1.5-2.4%)鉴定出来自两个或更多柑橘类物种的祖先的杂种(酸橙,calmondin,柠檬和非澳洲酸橙)。其他柑橘加入显示杂合性(甜橙色,葡萄柚和一些高度杂合的普通话)中的双峰分布,这通常涉及复杂的反向交叉。在没有种间混合物的纯基因型中,柠檬味显示出比其他物种(0.3-0.6%)的种内多样性明显低(约0.1%)。柑橘(一种单胚胎物种)的杂合性降低可能是由于其花的卵形质量造成的,这是一种促进未打开的花蕾的授粉和自我限制的机制,从而降低了杂合性。
一组纯柑橘种的鉴定为柑橘,其起源,进化和分散的系统发育提供了新的见解。柑橘系统发育有争议1,5,6,11,12,部分原因是由于难以识别纯祖子或野生祖细胞,由于种间杂交大量杂交,这导致了几个克隆的繁殖和耕种。一些作者将单独的二项式物种名称分配给克隆繁殖的基因型1,6。我们的基于核基因组的系统发育源自非生物和非质粒粒细胞基因组区域中的362,748个单核苷酸多态性,揭示了柑橘类是单属群体,是一种单属群体,并在其谱系之间建立了明确的关系(图1C和补充注8)。值得注意的是,核基因组衍生的系统发育与叶绿体衍生的系统发育有所不同(扩展数据图1)。这不是出乎意料的,因为叶绿体DNA是一个非重组单元,并且在快速辐射过程中不太可能显示出完美的谱系排序(补充注释8.3)。
柑橘的起源通常被认为是在东南亚1号,这是一种生物多样性热点13,其气候受到东亚季风和南亚季风的影响(补充说明9)。特定地区包括西南中国西南部,缅甸和印度东北部的喜马拉雅山麓地区。来自云南的林肯中期晚期时代的化石标本,柑橘林肯尼斯16,其特征是当前主要柑橘类群的特征,并提供了大约800万年前Yunnan省内存在的普通柑橘祖先(MA)的确定证据(MA)。
我们的分析建立了中新世晚期柑橘类物种的相对较快的亚洲辐射(6-8 MA;图1C,D),这是一个与季风较大弱化和从潮湿到干燥条件的明显气候过渡的时期一致的。17。在东南亚,这种明显的气候变化导致生物群岛的重大变化,包括哺乳动物的迁移和各种植物谱系的快速辐射19,20。澳大利亚柑橘种形成了一种独特的进化枝,该进化枝被认为嵌套于柑橘剂12,尽管通过swingle1,5分配了植物分类中的独特的通用名称(Eremocitrus和Microcitrus)。分子日期分析21和我们的全基因组系统发育分析都不支持柑橘的澳大利亚起源。相反,柑橘种从东南亚传播到大洋洲,可能是通过跨科的分散。我们的基因组分析表明,澳大利亚辐射发生在上新世早期,大约4 mA。这是与其他西方被子植物从东南亚23,24的迁移的同时发生,大概利用了中新世晚期和上新世的马雷西亚和瓦拉西亚的升高,25,26(补充注释9)。
核成形棒和叶绿体基因组系统发育表明我们的收藏中有三种澳大利亚物种。两个澳大利亚手指酸橙之一显示出圆酸橙的掺杂迹象(补充说明5.4)。最接近澳大利亚柑橘的是Fortunella,据报道该物种在中国南部的野外生长。澳大利亚柑橘种类多样,在澳大利亚东北部的干燥和雨林环境中本地发现,具体取决于该物种28。我们的系统发育表明,祖细胞柑橘可能迁移到华莱士线上,这是从东南亚到大洋洲的物种散布的自然障碍,后来适应了这些不同的气候。
结果还表明,在台湾自然发现的tachibana普通话,在西更新世早期(大约2 MA)中从亚洲大陆(图1C,D)分裂,地质时代具有强烈的冰川最大值。塔奇巴纳(Tachibana)和该地区的其他动植物一样,很可能在南中国海海平面下降期间从邻近的大陆31到达这些岛屿,以及陆上桥梁的出现32,33,这一过程是由冰淇淋的扩张所推动的,这些过程是在glaceagial maxima(补充注释9)中重复发生的。
尽管Tachibana5,6已被分配了自己的物种(柑橘tachibana),但序列分析表明,它与C. reticulata34,35具有密切的亲和力,并且不支持其作为独立物种的分类学位(补充注释4.1)。然而,叶绿体基因组系统发育(扩展数据图1B)和核基因组聚类(图1A)都清楚地将tachibana与亚洲大陆区分开。这表明应将tachibana指定为C. reticulata的亚种。相比之下,野生Mangshan的“普通话”(柑橘Mangshanensis)7代表一个独特的物种,其距离与C. reticulata,Pummelo和Citron2(扩展数据表1)相当。

