安息香科的系统发育基因组学和花形态发生研究

The Styracaceae (11 genera and approax. 160 species) is a moderate family of Ericales with a disjuntion distribution in Eurasia and America. China has all the 11 genera and some endemic genera and species. The Styracaceae family plants possess rich flower diversity. They also raise important questions in biogeography. Previous analyses have addressed the phylogeny of Styracaceae, but the relationships were neither well-resolved nor strongly supported, thus hampering biogeographical inferences. In order to obtain the detailed systematic affinity in Styracaceae, to understand the phytogeographical pattern of the family as well as the character evolution and their systematic significances, we will use the evidences that come from both of phylogenomics and floral development. The combination of molecular and morphological information can improve our understanding of the phylogeny and biogeography of Styracaceae. Furthermore, extensive sampling of Styracaceae will improve our overall understanding of the phylogeny of Ericales and even the large Asteridae. Meanwhile, the phylogenomics study will provide sufficient information for the comparative phylogeographic and population genomics study in future. The floral developmental knowledge will offer important information for resource plants recognition and protection. Thus, the project is of importance in theory and practice.

安息香科是杜鹃目一个中等偏小的科，约160种，呈欧亚美洲间断分布。中国含有全部11个属和部分特有属种。本科植物具有丰富的花部形态多样性，对生物地理学研究也具有重要价值。以前的安息香科分子系统发育研究还存在取样不全、信息偏少和属间关系不明等问题。为了进一步完善安息香科下属间的系统关系，从而更好地解释植物的起源、迁移和散播，理解植物花部信息的系统学价值和花部性状的演化趋势，我们拟开展安息香科的系统发育基因组学和花形态发生研究。这种分子和形态结合的方式不仅可以使我们更加了解安息香科的系统和地理，在更广泛的层面，也因为取样的全面性和系统性，方法的合理性和先进性，从而带动杜鹃目或菊亚纲的系统学研究。另一方面，叶绿体基因组的研究也会为科下某些属种的谱系地理学和比较居群生物学研究提供有效信息，花形态知识也可为资源植物的保护和认知提供重要参考资料。因而具有重要的理论价值和迫切的现实意义。

利用叶绿体基因组探讨安息香科的系统与进化。涵盖了除茉莉果外11个属的代表。对山柳科，岩梅科，山榄科，山矾科测序。完成24个物种的基因组测序组装，构建了安息香科叶绿体基因组物理图谱，得到了属间的系统进化关系。同时对安息香科叶绿体基因组结构进行了比较分析，发现了两种类型的叶绿体基因组结构。对蛋白编码区和非编码区的变异率分析，发现三个蛋白编码基因具有高于非编码区的变异率。.大部分安息香科叶绿体基因组含有113个不同基因，包括79个蛋白编码、30个tRNA、4个rRNA基因（全部分布于IR区）。其中9个蛋白编码基因（rpoC1, rps16, atpF, petB, petD, rpl2, rpl16, ndhA, ndhB）和6个tRNA genes（trnK-UUU，G-GCC，L-UAA，V-UAC，I-GAU，A-UGC）有一个内含子，基因matK位于trnK-UUU的内含子中。三个基因（clpP，rps12，ycf3）有两个内含子。所有基因组中的基因ndhD发生了起始密码子由ACG转变为ATG的RNA编辑。赤杨叶属丢失了accD基因，岐序野茉莉属丢失了accD、clpP基因。基因accD在赤杨叶属与岐序野茉莉属两个属的叶绿体基因组中仅保留了少量3’末端的核苷酸序列，由通常长度的1542 bp减少到636 bp。其他缺失是在基因序列的起始以及随后的区域发生突变，成为假基因。一些种也发生了内含子缺失。赤杨叶属和山茉莉属clpP仅有两个外显子。在赤杨叶属和岐序野茉莉属LSC区有反转。.系统发育表明安息香科为单系。姐妹群为岩梅科，随后为山矾科。安息香属在基部，说是最早出的类群。安息香科分为两部分：宿存花萼完全包被或大部分包被果实（I）与宿存花萼不包被或小部分包被果实（II）。表明安息香科叶绿体基因组信息与形态特征相一致。，赤杨叶属与岐序野茉莉属聚为一枝，它们基因组的大单拷贝区都有一20kb的反转。位置在基因trnQ到rpsl6之间。可能是其共同祖先发生了反转重组。本研究对安息香科的叶绿体基因组进行了广泛的测序和分析，深入探讨了基因组特殊的结构和进化意义，发表学术论文2篇。另外在整个菊类背景下分析安息香科的系统进化以及杜鹃目的系统框架。