Leaf reflectance spectra capture the evolutionary history of seed plants.
Leaf reflectance spectra capture the evolutionary history of seed plants.
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DOI：
10.1111/nph.16771
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发表时间：
2020-10
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
O'Meara BC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Meireles JE;Cavender-Bares J;Townsend PA;Ustin S;Gamon JA;Schweiger AK;Schaepman ME;Asner GP;Martin RE;Singh A;Schrodt F;Chlus A;O'Meara BC
叶子反射光谱已越来越多地用于评估植物多样性。然而，我们还不了解生命之树的光谱如何变化，也不了解叶子性状的进化如何影响物种和谱系之间光谱的分化。在这里，我们描述了一个将光谱与系统发育相结合的框架，并将其应用于包含 544 种种子植物物种的 16,000 多个叶级光谱（400-2400 nm）的全球数据集。我们测试光谱中的系统发育信号，评估它们对谱系进行分类的能力，并表征它们的进化动态。我们表明，系统发育信号存在于叶光谱中，但与系统发育最密切相关的光谱区域在谱系之间有所不同。尽管谱系间存在异质性，但可以从反射光谱中识别出广泛的植物类群、目和科。进化模型还表明，不同的光谱区域在不同的约束水平下以不同的速率进化，反映了其潜在特征的进化。叶子光谱捕捉种子植物的系统发育历史以及叶子化学和结构的进化动态。因此，光谱有可能在全球范围内对叶片进化和植物系统发育多样性提供突破性评估。
Leaf reflectance spectra have been increasingly used to assess plant diversity. However, we do not yet understand how spectra vary across the tree of life or how the evolution of leaf traits affects the differentiation of spectra among species and lineages. Here we describe a framework that integrates spectra with phylogenies and apply it to a global dataset of over 16 000 leaf‐level spectra (400–2400 nm) for 544 seed plant species. We test for phylogenetic signal in spectra, evaluate their ability to classify lineages, and characterize their evolutionary dynamics. We show that phylogenetic signal is present in leaf spectra but that the spectral regions most strongly associated with the phylogeny vary among lineages. Despite among‐lineage heterogeneity, broad plant groups, orders, and families can be identified from reflectance spectra. Evolutionary models also reveal that different spectral regions evolve at different rates and under different constraint levels, mirroring the evolution of their underlying traits. Leaf spectra capture the phylogenetic history of seed plants and the evolutionary dynamics of leaf chemistry and structure. Consequently, spectra have the potential to provide breakthrough assessments of leaf evolution and plant phylogenetic diversity at global scales.
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