荨麻科叶绿体系统发育基因组学研究

Reconstruction of robust phylogenetic relationships is an essential prerequisite for evolutionary biology. Urticaceae is a large cosmopolitan plant family, with considerable economic and ecological significance. However, owing to limitations both of taxon sampling and gene coverage, previous studies have not fully resolved tribal and generic relationships within Urticaceae. In the present project, the phylogeny of Urticaceae will be reconstructed using a phylogenomic approach, by applying next generation sequencing (NGS) to the whole chloroplast genome, sampling 80-100 species covering all 55 genera of Urticaceae. This data will be integrated with nuclear ribosomal DNA (18S-5.8S-26S) sequences, and previous amplicon sequences, to greatly improve on the phylogenetic resolution of previous studies, and hence resolve those intra-familial relationships that are currently unclear. Morphological, ecological and distribution data, with then be comprehensively analysed alongside the new phylogeny, and used to reassess existing classifications. This data together will clarify the family delimitation and intra-familial phylogenetic relationships for Urticaceae; moreover, it will be used to examine the spatio-temporal history, plastid genome evolution, and other fundamental evolutionary questions within this family. Additionally, the results will also shed new light on the conservation and use of plant resources in Urticaceae.

重建可靠的系统发育关系是开展演化生物学研究的重要前提。泛世界分布的荨麻科具有重要的经济和生态价值，但迄今仍缺乏清晰的系统发育框架。此前的分子系统学研究由于取样限制（类群和分子标记），未能完全揭示荨麻科的界定范围及科下族间和属间的系统关系。本项目拟以荨麻科为研究对象，在对其所有55属约80-100个代表种进行系统取样的基础上，通过叶绿体全基因组测序，开展荨麻科的叶绿体系统发育基因组学研究。并结合核糖体DNA（18S-5.8S-26S）和已有的常规扩增序列，构建更加全面的荨麻科系统发育关系，以期明确该科的界定范围并厘清科下族间、属间关系；进而结合形态性状、生态习性和地理分布等信息，综合评估该科目前的分类系统。项目的实施有望重建荨麻科可靠的系统发育关系，同时为该科多样化时空格局和叶绿体基因组演化等研究奠定基础，相关结果也将为该科植物资源的保护和利用提供科学依据。

重建可靠的系统发育关系是开展演化生物学研究的重要前提。泛世界分布的荨麻科具有重要的经济和生态价值，但迄今仍缺乏清晰的系统发育框架。本研究对荨麻科47属240个代表种进行系统取样的基础上，通过叶绿体全基因组测序，开展荨麻科的叶绿体系统发育基因组学研究。并结合核糖体DNA（18S-5.8S-26S）序列，构建了更加全面的荨麻科系统发育关系。研究表明，荨麻科是一个很好的单系类群，科下应划分为四个主要分支。较之前人研究，该研究成功地解析了科下基部分支间的系统关系，并更进一步厘清了科下族间、属间的系统关系。基于此系统发育框架，结合形态学、种子生理学、洋流模型模拟、生态学等多学科证据，我们进行了荨麻科生物地理学研究，结果发现荨麻科起源于晚白垩纪（距今大约6千9百万年前）的欧亚大陆，种子通过跨洋长距离扩散形成了现今地理分布格局。该研究利用基因组学的数据，通过较高密度的取样构建了迄今为止荨麻科最完整的分子系统发育框架，为该科进一步演化生物学研究打下了坚实的基础；生物地理学的研究结果有力支持了达尔文的种子“跨洋长距离扩散”假说，并为其它世界广布生物类群现今地理分布格局形成机制的研究提供了范例。