卫矛科南蛇藤属(Celastrus L.)分子系统学与生物地理学研究

Celastrus L. is an important woody scandent of Celastraceae, whose dispersal center and diversity center is located in China. Several morphological-based classification schemes were proposed but conflicted to each other, mainly because of huge variation range and complicated variation pattern among morphological characters in Celastrus. For the sake of poorly sampled and a few gene markers used, results of previous studies can’t support further study about the law of morphological evolution, phylogeny, taxonomy and biogeography of the genus. The present study aims at reconstruct phylogeny of Celastrus by different methods (Maximum parsimony, Maximum likelihood, and Bayesian inference), analyze morphology evolution, elucidate its relationship with Tripterygium J.D. Hooker, infer clade divergence time, and reconstruct ancestral area of the genus based on large scale samples and 10 DNA markers from nuclear and chloroplast. This project will greatly contribute to further studies of molecular phylogenetic and biogeography, giving directions for optimal use and conservation of plant resources of Celastraceae, and will present important reference in revealing the origin and development of plant diversity on the earth.

南蛇藤属为卫矛科重要的木质藤本植物，我国是该属的现代分布中心和多样性中心。由于南蛇藤属形态性状上巨大的变异幅度和复杂的变异式样，前人基于形态分类研究提出的各分类系统之间存在较大分歧。由于取样不足和基因片断偏少等问题，前人分子系统学研究结果难以支撑我们对这一地理分布独特的类群在形态性状演化、系统发育和分类等方面的进一步探讨，也无法开展本属的生物地理学研究。本研究将在良好的前期工作基础上，基于全面的物种取样与两个基因组的10个序列片段，用最大简约法、最大似然法和贝叶斯分析重建南蛇藤属系统发育树，在此基础上分析南蛇藤属形态性状演化规律，确定其与雷公藤属系统发育关系，结合化石和古生物学资料推断属内分支的分化时间，重建南蛇藤属祖先分布区。本项目的实施将为卫矛科的系统学与生物地理学研究、资源利用与保护以及揭示植物多样性在地球上的产生与发展提供依据。

南蛇藤属为卫矛科重要的木质藤本植物，我国是该属的现代分布中心和多样性中心。由于南蛇藤属形态性状上巨大的变异幅度和复杂的变异式样，以及取样不足和分子片段区分度低等问题，前人对本属的分类处理和分子系统学研究结果难以支撑我们对这一地理分布独特的类群的深入理解。本研究基于更为全面的物种取样，结合叶绿体与核基因组的6个序列片段，用最大简约法、最大似然法和贝叶斯分析重建南蛇藤属系统发育，进一步揭示了南蛇藤属与雷公藤属的紧密关系，提出南蛇藤属属下三个组的新划分系统，新立2个组，研究结果也表明秦岭——大别山在南蛇藤属物种传播和扩散中的潜在意义。由于南蛇藤属与雷公藤属植物为我国传统中药材，本研究还提出具有潜在药用价值的物种。采用BEAST和RASP软件，基于不同策略的分子标定，对南蛇藤属与雷公藤属开展了生物地理学研究，结果表明南蛇藤属在约23 Ma前于南美洲起源，在约15 Ma前有一次明显的快速分化。由于基于化石点信息的分子标定策略的不同，本研究结果与前人的研究结果存在一定差异。因此，本研究将继续寻找更为可信的化石资料，开展南蛇藤属生物地理学研究，明确其起源、扩散等进化问题。本项目的开展为南蛇藤属和卫矛科的分类学、系统学与生物地理学研究以及资源利用与保护提供参考和依据。通过本项目的实施，为卫矛科的进化研究提供更多资料，培养了专业人才，发表了SCI文章3篇，中文核心文章1篇，且相关研究引起了主流媒体额关注，激发了公众对生态环境保护的热情。