蜘蛛抱蛋属植物的分子系统发育与花部形态性状演化

蜘蛛抱蛋属(Aspidistra Ker-Gawl.)是单子叶植物中同一属内种类众多、物种间花部结构多样性最为丰富的类群之一。该属以东亚分布为主体、兼有少量热带成分，形成了大量特有种(约70%)集中分布于中国广西和越南北部这样独特的现代地理分布格局。但长期以来，蜘蛛抱蛋属植物间的系统发育关系一直都没有很好解决。本研究采用来自三个基因组的多基因序列构建蜘蛛抱蛋属植物的系统发育关系，结合非分子证据，检验主要基于形态学所建立的蜘蛛抱蛋属的分类系统的合理性，探讨主要谱系间花部形态特征的演化趋势。修订或重建属下分类系统并对疑难种类进行订正，通过主要谱系的分子钟推导，揭示该属原始类群的起源地点、扩散途径及其主要类群之间的分歧时间，探讨该属植物物种多样性和快速物种形成的关系，花部结构多样性与杂交起源机制的关系，为推断中国和邻近地区这一众多特有种集中分布特殊地理格局的历史成因提供新的依据。

蜘蛛抱蛋是单子叶植物具有丰富物种(超过100个种)和花部结构多样性的类群之一，主要分布东亚，70%的特有种分布于中国广西和越南北部。但是这些种的系统发育关系一直没有解决。本研究我们测定了叶绿体基因组和核基因组的多个基因来构建系统树，用来检验蜘蛛抱蛋属的分类系统和推导形态特征的进化。叶绿体基因数据显示了蜘蛛抱蛋属的分化时间不超过8.75个百万年，是一个近期分化的类群。核基因的数据，特别是单拷贝核基因的数据，揭示了大多数物种都有两个到多个拷贝分散在不同的系统发育分支，说明了它们是异源多倍化起源的。来自代表不同花型和花期的三个蜘蛛抱蛋属植物的转录组数据显示在蜘蛛抱蛋属分化以前，经历了全基因组加倍事件，其水平超过水稻和高粱的加倍。我们的研究结果不支持李光照等(2004)的“三组20系”分类系统，这个系统的三个组没有一个是单系的。基于转录组数据我们还开发了一套适合种内和种间的微卫星引物，分析结果同样也不支持上述分类。本研究提供了一个古异源多倍化驱动快速物种辐射和花部结构多样性分化的案例。这个案例具有很强的代表性，它将多倍化是物种形成的主要动力的假说而事实上我们很少看到一个相对较大的属所有物种都是多倍化起源的。进一步的研究可以聚焦在到底哪些基因导致了一个花部结构多样性高的类群发生快速适应辐射。