枸杞，這一我們熟悉的中藥材和滋補佳品，其實背后隱藏著一個跨越幾大洲的復雜身世之謎。枸杞屬植物約有80種，其分布奇特，主要散落在南、北美洲、非洲南部以及歐亞大陸的干旱半干旱地區，還有少數“定居”在澳大利亞和大平洋島嶼。是什么力量讓它們的足跡遍布全球？長期以來，科學家們對此有兩種猜測：一種是古老的“岡瓦納大陸分裂說”，認為這些植物是在大陸板塊分離時被“拆散”的；另一種是“遠距離擴散說”，認為它們的種子被鳥類攜帶，完成了跨越大洋的遷徙。然而，要理清這個家族的真實歷史卻困難重重。傳統的形態分類常常“看走眼”，因為不同地區的枸杞在相似環境下進化出了趨同的外形。更棘手的是，物種間頻繁發生的自然雜交，以及演化過程中常見的“不完全譜系分選”現象，使得不同基因講述的“家譜故事”相互矛盾，就像一部情節交錯、線索混亂的偵探小說。此前的研究受限于基因標記少、取樣不全等問題，未能清晰揭示其進化全貌。為了撥開迷霧，來自廣西師范大學等機構的研究團隊開啟了一項雄心勃勃的研究。

研究人員采用了多基因組整合的策略來構建枸杞屬的進化史框架。他們首先進行了廣泛的物種取樣，涵蓋了來自北美、南美、太平洋島嶼、南非、撒哈拉-阿拉伯地區及歐亞大陸的43種枸杞，以及茄科的其他8個屬作為外類群。通過全基因組測序(WGS)，獲得了39種枸杞的高覆蓋度基因組數據。核心分析基于從這些數據中鑒定并組裝出的378個單拷貝核基因，這為系統發育重建提供了大規模、高分辨率的核基因組信息。此外，研究人員首次完成了黑果枸杞的線粒體基因組從頭組裝與注釋，并以此為參照，從所有樣本中獲取了30個保守的蛋白編碼基因序列，構建了獨立的線粒體系統發育樹。同時，研究整合了團隊此前已發表的葉綠體基因組數據。由此，首次在枸杞屬中建立了核基因組、線粒體基因組和葉綠體基因組的“三方”比較框架。為了深入解析系統發育沖突的根源，研究運用了多維尺度分析(MDS)、Quartet采樣、PhyParts等方法可視化基因樹沖突模式；通過MSCquartets和QuIBL分析量化了不完全譜系分選和漸滲的相對貢獻；利用D-statistics、f4-ratio和F-branch統計檢測并量化了歷史上的基因流；并采用基于四分類群的物種網絡(SNaQ)方法構建了網狀進化模型，以推斷具體的雜交事件。在生物地理學方面，研究基于精選的50個核基因進行了分化時間估算，并使用貝葉斯二元MCMC方法重建了祖先分布區域。

研究完成了黑果枸杞線粒體基因組的從頭組裝，獲得了一個總長408,252 bp的環狀DNA分子，GC含量為45.4%。注釋顯示其包含65個基因。重復序列分析發現大量A/T偏向的單核苷酸重復。密碼子使用偏倚分析顯示線粒體蛋白編碼基因偏好以A或U結尾的同義密碼子。此外，在線粒體基因組中發現了約占其總長度4.03%的質體DNA插入片段。

基于378個單拷貝核基因的串聯最大似然樹和溯祖物種樹均強有力地支持了枸杞屬的單系性，并將其劃分為五個主要分支。其中，由六個北美物種組成的分支I被確定為所有其他枸杞物種的姐妹群。分支II和III包含南美物種，形成一個單系群。分支IV則混合了北美、南美和太平洋島嶼的物種。分支V包含來自南非、撒哈拉-阿拉伯和歐亞大陸的物種。

將新構建的線粒體系統發育樹與核基因樹以及已發表的質體基因樹進行比較，發現了至少五處顯著的系統發育不一致。例如，核基因樹將枸杞屬分為五個主要分支，而質體和線粒體樹只恢復了三個主要分支；在美洲物種的組成和內部關系，以及東半球物種（南非、撒哈拉-阿拉伯、歐亞）的支序結構上，三個基因組都表現出高支持度但相互沖突的信號。

多維尺度分析顯示，單個核基因樹在拓撲空間上廣泛分布，且均與推斷的物種樹存在距離，直觀反映了基因樹間廣泛的異質性。Quartet采樣分析在多個關鍵節點檢測到顯著的沖突信號。PhyParts分析進一步證實，在分支II-IV內部存在顯著的基因樹沖突。

MSCquartets分析表明，大多數四分類群的一致因子聚集在代表主要樹拓撲的區域附近，表明不完全譜系分選是驅動基因樹不一致的主要因素，但同時也有大量四分類群拒絕了純粹的溯祖模型，提示基因流等其他過程也發揮了重要作用。

QuIBL分析量化了不完全譜系分選和漸滲在系統發育不一致中的相對作用。結果顯示，ILS是基因樹-物種樹沖突的主要驅動力，其在許多節點的貢獻超過40%，部分節點峰值達到61.00%，而漸滲的平均貢獻為3.58%。盡管大多數物種對的漸滲水平較低，但在分支II的南美物種以及分支I的六個北美輻射物種中檢測到了顯著升高的基因流信號。

D-statistics測試揭示了廣泛且顯著的歷史基因流信號，超過55%的測試組合顯示出顯著性。f4-ratio分析定量估計了漸滲比例，例如太平洋島嶼物種夏威夷枸杞約29-31%的基因組可能來自特定的供體譜系。F-branch分析進一步解析了譜系水平的漸滲模式，揭示了跨大陸（如南美與非洲譜系間）以及大陸內部（如歐亞物種間）的基因流動。

網狀進化模型選擇表明，一個包含三個網狀事件（h=3）的網絡最能解釋數據中的沖突。最優網絡模型一致地解析了三個關鍵的歷史基因流事件：其一，一個來自非洲/撒哈拉-阿拉伯地區的祖先譜系向歐亞物種黃果枸杞貢獻了約87.4%的遺傳組成；其二，南美物種長梗枸杞和一個包含黑果枸杞的復合譜系共同貢獻，形成了一個包含夏威夷枸杞和施氏枸杞等物種的大分支；其三，在非洲-撒哈拉分支內部，毛蕊枸杞的基因組由銳葉枸杞和南方枸杞的譜系混合形成。

基于核基因的分子鐘估算表明，枸杞屬與其姐妹群諾拉納屬的分化時間約為35.83 Ma。枸杞屬的冠齡（最近共同祖先）約為21.84 Ma（早中新世）。北美與南美物種的分化發生在約18.70 Ma。美洲譜系與東半球譜系的分化約在14.83 Ma。歐亞物種從東半球其他譜系中分化出來的時間約為9.52 Ma。

BAMM分析顯示，枸杞屬經歷了隨時間變化的速率改變。從冠齡開始，物種形成速率和凈多樣化速率逐漸增加直至約4 Ma，之后趨于穩定，而滅絕速率在同一時期下降并趨于穩定。分析未檢測到顯著的離散速率轉變事件。

祖先區域重建表明，枸杞屬最可能起源于北美洲。隨后，譜系從北美擴散至南美，南美成為快速多樣化的核心區域。從南美中心，譜系又擴散至太平洋島嶼并回遷至北美。研究推斷南美物種曾跨越大西洋擴散至南非，最終譜系經由撒哈拉-阿拉伯地區從南非到達歐亞大陸。果實顏色的祖先狀態重建顯示，枸杞屬最近共同祖先的果實顏色很可能是“紅/橙色”，這一狀態在大多數現存物種中得以保留。

本研究通過整合核、線粒體、質體三套基因組數據，首次為枸杞屬構建了一個全面的多基因組系統發育框架，并深入解析了其復雜進化歷史背后的驅動力。研究主要結論與意義體現在以下幾個方面：

首先，研究確立了一個高支持度、高分辨率的核基因系統發育樹，強有力地支持了枸杞屬的單系性，并將其劃分為五大地理譜系，解決了以往基于少量基因或單一基因組數據帶來的不確定性問題。該框架揭示了傳統形態分類與分子系統發育之間的顯著沖突，表明許多關鍵的形態性狀（如硬化果實）是適應干旱環境過程中多次獨立進化（趨同進化）的結果，挑戰了基于這些性狀的分類系統。

其次，研究明確區分并量化了導致系統發育沖突的兩類主要進化過程。研究發現，核基因樹之間的廣泛不一致主要由不完全譜系分選主導，多個節點的ILS貢獻率超過60%，這是枸杞屬在早中新世經歷快速輻射的典型基因組特征。這一快速分化時期與全球氣候變冷、干旱化加劇的 Oligocene-Miocene 過渡期相吻合，新出現的干旱生境為枸杞屬的適應輻射提供了生態機會。另一方面，核基因組、線粒體基因組和葉綠體基因組三者之間的拓撲不一致，則主要歸因于歷史上的雜交與漸滲事件。通過D統計、f4比例及網狀進化模型等多種方法，研究不僅檢測到廣泛的基因流信號，還精確建模了三個關鍵的跨大陸雜交事件，例如非洲/撒哈拉-阿拉伯祖先對歐亞黃果枸杞的大規模遺傳貢獻，以及南美譜系對太平洋島嶼夏威夷枸杞的顯著基因滲透。這些事件表明，雜交不僅是局部的現象，更是塑造枸杞屬主要洲際譜系的關鍵力量。

最后，基于核基因定年和祖先區域重建，研究清晰地描繪了枸杞屬的起源與擴散路線。結果強有力地支持了“北美洲起源假說”，并勾勒出一個清晰的擴散序列：枸杞屬于約21.84 Ma前在北美起源并開始早期輻射；隨后擴散至南美，南美成為二次輻射的中心；從南美，譜系通過鳥類傳播的遠距離擴散跨越大西洋到達南非；最終，經由撒哈拉-阿拉伯走廊，譜系在約9.52 Ma前進入歐亞大陸。這一生物地理歷史與中新世以來全球氣候變化和板塊運動背景高度契合。

綜上所述，本研究突破了以往研究的局限，建立了一個基于過程的進化框架，闡明了快速輻射、量化的不完全譜系分選、建模的雜交事件以及鳥類介導的遠距離擴散如何共同交織，塑造了枸杞屬今日令人矚目的洲際間斷分布格局。這項研究不僅增進了我們對枸杞這一重要藥用植物類群進化歷史的認知，也為理解其他具有類似復雜歷史的植物類群提供了方法學范例和理論參考。