金缕梅科红花荷属的分类学修订及谱系地理学研究

Rhodoleia Champ. ex Hook, one of the most primitive genera of Hamamediaceae, serves as a key family to understand the origin and early evolution of flowering plants. It ranges from the south of China to the tropical regions of the southeast Asia, sporadically found in Java, Sumatra, Malaya, and southern China. The morphological variations in this genus were strongly affected by the interactions between Holarctic and Paleotropical flora and between tropical and subtropical climates. To date, no final conclusion has yet been reached on the actual number of species consisted in this genus, partly due to large morphological differences among them and the existing of intermediate variations, and there is a paucity about its morphology evolution, species divergence, disperse routs and phylogeny etc. Here, we use sequence data from three cpDNA fragments and two nuclear DNA fragments, and combine their morphological characters, geographic distribution, sporopollen observations and karyotypes analysis to reconstruct the phylogeny, make taxonomic revisions, and to study the phylogeography and species delimitation of the Rhodoleia species. Based on them, we aim to answer the following questions: 1) whether species delimitation of Rhodoleia is appropriate? How do its morphologic characters evolve? 2) When did the Rhodoleia species diverge from each other? And where is their origin and subsequently migration routes? Through these efforts, we hope to made reliable taxonomic revisions on Rhodoleia, provide more evidences to illustrate the biodiversity and the origins of Hamamediaceae.

红花荷属(Rhodoleia Champ. ex Hook.)是被子植物关键科----金缕梅科的原始类群、孑遗属，星散分布于爪哇、苏门答腊、马来半岛、华南、西南，主产北回归线两侧，受泛北极与古热带植物区交汇地带以及热带亚热带气候交错区的强烈影响，其形态变异大，种系1-10种不等，在形态演化、物种分化、扩散路线、谱系发育等方面均存在着较大的问题。本项目拟通过低拷贝核基因、叶绿体DNA序列，结合形态--地理学、孢粉学、核型以及古地理学方法，对红花荷属植物进行系统发育重建、分类学修订及谱系地理学研究，着重解决：（1）红花荷属的种间界限及性状演化规律（变异、趋同、杂交等），完成经典分类学修订；（2）确定该属的起源方式，是中国南部起源还是马来亚起源？阐明物种分歧时间、迁移和扩散路线。从而为探讨金缕梅科的系统演化以及华南--西南--中南半岛--马来西亚地理分布区类型科属的分化提供科学证据。

红花荷属（Rhodoleia）为多年生乔木，含有约10个种，其分布范围从中国南部一直到东南亚，其化石可以追溯到白垩纪晚期，是金缕梅科中相对原始的一个孑遗属，对研究金缕梅科早期演化具有重要意义。2017-2020年，课题组对红花荷属的分布区进行了详尽的野外调查工作，共采得44个地理居群，包括中国南部（26个），越南（12个），印尼和马来西亚(6), 共计800余个体。基于传统的Sanger测序使用叶绿体和核基因标记进行群体测序，并结合二代高通量测序技术对18个代表性个体进行浅层基因组测序，开展对红花荷属的叶绿体基因组进化模式、系统发育关系以及群体遗传结构及迁徙历史进行研究，主要得到了以下结果：（1）获取红花荷属9个种18个体的叶绿体全基因组，叶绿体基因组大小介于158,558 bp到159,487bp之间；（2）基于上述浅层基因组测序序列，开发了20对在红花荷属内多态性的引物；3）进行1个红花荷个体的转录组测序，提取上述18个红花荷属代表性个体的编码直系同源序列；4）基于叶绿体基因组，rDNA序列，编码直系同源序列对红花荷系统发育进行重建；5）基于红花荷属形态数据进行PCA分析；6）基于2个叶绿体位点及1个单拷贝核基因对红花荷属进行群体测序，构建叶绿体及核基因单倍型网络图。基于上述结果对红花荷属进行分类学修订：认为红花荷、窄瓣红花荷、小花红花荷、马来红花荷的物种地位成立，绒毛红花荷、显脉红花荷及大果红花荷可归并入小花红花荷，或作为变种处理；卵叶红花荷与近心形红花荷构成单系，但是否各自独立成种有待进一步研究。红花荷属内的系统发育分歧时间推断及谱系分析表明，红花荷属现存物种的分化可追溯到14.75 Ma，东亚季风气候的建立及中新世温暖期可能促进了红花荷属内分化，在我国亚热带地区形成红花荷；随着中新世东亚季风的加强（8 Ma），极大的促进了红花荷属的分化，在云南地区分化为小花红花荷等，在东南亚等热带地区分化为马来红花荷等物种。