基于多种DNA序列的中国悬钩子属植物系统发育研究

Brambles are those Rubus species with edible fruit used in horticultural productions. Past investigations revealed that multiploid and hybrids were ubiquitousin the Rubus genus. Additionally, much divergence views were presented in Rubus taxonomic classification. All these factors have become bottlenecks for our characterizing and evaluating Chinese wild brambles germplasm resources.Only clarify the phylogenetic relationships of all members initially can we managed to cope with such problems. At present, cytological tools have already shown relative limitations, and molecular approaches were lacking or improperly utilized in such fields. In such a background, we attempt to use multiple DNA sequences to assess the applicability of these sequences as well as the phylogeny and taxonomy level of the species in Rubus, low copy nuclear genes (e.g. GBSSI, LEAFY and Adh) and ITS as well as 4 pre-validated chloroplasts gene spacer and intron sequences will be applied. Special attention will be paid to the wild species: Sect. Idaeobatus and Sect.Malachobatus. These studies could promise the reconstruction of the complex evolutionary net-works in Rubus genus. Such an effort will also shed new lights on the origin of polyploids and hybrids in Sect. Idaeobatus and Sect.Malachobatus, especially on the phylogenetic relationship between the excellent brambles and its relatives. All these results will provide precious evidence for classifying and characterizing these wild bramble resources.

树莓是悬钩子属植物中果实可食用的用于园艺栽培的特色果树种类。但中国悬钩子属植物分类上存在较多的分歧，且属内多多倍体及杂种起源，给野生树莓种质鉴定和评价带来了极大的困难。只有明晰相关类群系统发育关系才可能从根本上解决这些问题。目前，细胞学手段已经显得捉襟见肘，而分子系统学手段在该领域中的应用存在诸多空白或不足。因此，本项目拟立足中国悬钩子属，侧重优良野生树莓集中的空心莓组和木莓组，利用多种DNA包括低拷贝核基因（GBSSI、LEAFY和Adh）、ITS以及叶绿体基因间隔区和内含子DNA序列，评价它们在该属中的进化和系统学价值，构建支持率较高的分子系统树，以此探讨多倍体和杂种的起源机制，明晰该属各个分类阶元特别是那些优良野生树莓种质之间及与其近缘种之间的系统进化关系，并在此基础上，对收集的资源进行鉴定和分类。

悬钩子属植物属于蔷薇科蔷薇亚科，由一群分布广、变异大且类型复杂的种类组成，广泛存在无融合生殖、杂交和多倍化现象。中国西南地区被认为是中国悬钩子属植物的起源和分化中心。俞德浚和陆玲娣等将中国悬钩子属植物划分为8组24亚组。本研究在中国西南地区调查收集悬钩子属空心莓组、悬钩子组、木莓组、刺毛莓组、矮生莓组和匍匐莓组等6组17亚组106种（变种）142个个体，评价了3个叶绿体（rbcL、rpl20-rps12和trnG-trnS）、核ITS序列和2个低拷贝核基因（GBSSI-2和PEPC）在该属进化研究中的系统学价值。结果表明，核ITS和低拷贝核基因GBSSI-2序列在中国悬钩子属植物中变异最为丰富，能分别提供16.88%和17.93%的信息位点；而叶绿体和PEPC序列较为保守，提供的信息位点较为有限。各序列在空心莓组内的变异速率约为木莓组的3-6倍，表明空心莓组内物种以较快的速率进化，木莓组内物种则进化缓慢。以野草莓和木香花为外类群，通过最大似然法和贝叶斯推断构建了中国悬钩子属植物分子系统树和系统网络。结果表明，空心莓组为多系群，在系统树上呈现至少4个不同的分支，说明其内部具有多条独立的进化路线。悬钩子组‘阿拉好’在系统树上独立成支。木莓组物种聚为高支持率的一支，为单系群，其内部包括刺毛莓组东南悬钩子、周毛悬钩子以及空心莓组盾叶亚组盾叶莓。木莓组物种与空心莓组短柄亚组掌叶悬钩子（2n = 2x = 14）以及匍匐莓组所在多系形成姐妹支，表明木莓组多倍体可能由掌叶悬钩子和匍匐莓组物种杂交后多倍化形成，且经历了物种的爆发式产生。刺毛莓组物种至少有一个祖先种来自木莓组。矮生莓组齿萼悬钩子在叶绿体树上与木莓组和刺毛莓组、匍匐莓组、掌叶悬钩子构成的大支形成姐妹支，在核基因树上则单独成支，表明齿萼悬钩子可能与空心莓组有共同的母系祖先。匍匐莓组凉山悬钩子、聂拉木悬钩子和柔毛莓叶悬钩子在系统树上的位置较远，表明其为多系群。本研究结果首次全面深入地阐明了中国悬钩子属植物系统演化规律，获得了木莓组多倍体的可能起源模式。本项目按预期完成了研究内容和研究目标，发表研究论文17篇，培养3名博士和硕士毕业研究生。