基于低拷贝核基因的椴树属系统发育及生物地理研究

Tilia is the only one genus that is intermittently distributed in the Northern Hemisphere, which included 23 species of deciduous trees with excellent ornamental and economic value. However, Tilia species are difficult to classify because of introgression hybridization and indefinite morphological characteristics between species. China with the largest number of Tilia species and difficulties in classification has exceptional advantages to conduct taxonomic and bio-geographic research. In pervious studies, researchers couldn’t establish a congruence phylogenetic tree with strong branches support and distinct clade using single cpDNA sequence, multiple cpDNA sequences and chloroplast genome. In this research, we selected sequences in transcriptome of T. miqueliana with high homology to single-copy gene data sets (COS and APVO SSC). Effective low copy genes with abundant evolutionary information were validated by two round of PCR reaction. The phylogenetic tree of high quality was build by suitable method using the above multiple nuclear low copy genes. Combined with the morphology and geographic distribution of Tilia, the dispersal channels and the causes of modern distribution pattern are elaborated. This result provided a basis for the taxonomy of Tilia species and laid the foundation for development and utilization of important species.

落叶乔木，是唯一北半球间断分布属，包含23种兼具优良观赏和经济树种。由于椴树属种间缺乏生殖隔离，种质渗入现象较为普遍，近缘类群间缺乏断然可分的形态特征，一直是植物分类学中难题。我国是椴树属种类分布最多的国家，也是分类问题最复杂的地区，具有得天独厚的资源优势和对开展属内分类研究的迫切需求。前人研究中采用单个、多个cpDNA序列及叶绿体基因组均未能建立分枝支持率高、组内关系明确的系统进化树，亦未能阐明椴树属内系统进化关系。本项目采用南京椴转录组测序数据联合低拷贝基因数据集（COS和APVO SSC），筛选多个有效低拷贝基因；并通过低拷贝核基因多序列联合分析构建内部结构明确、分枝支持率高的系统进化树；同时结合形态学和地理分布信息，推断椴树属系统发生关系及其现代格局形成的机制，为椴树属种间界定提供依据，同时为该属重要树种的开发和利用奠定基础。

落叶乔木，是唯一北半球间断分布属，包含23种兼具优良观赏和经济树种。由于椴树属种间缺乏生殖隔离，种质渗入现象较为普遍，近缘类群间缺乏断然可分的形态特征，一直是植物分类学中难题。我国是椴树属种类分布最多的国家，也是分类问题最复杂的地区，具有得天独厚的资源优势和对开展属内分类研究的迫切需求。本项目共采集植物标本422份，并保存椴树属或植物资源18种，共90份；完成了对椴树属形态特征统计及倍性分析；基于筛选获得的物种间同源低、单拷贝基因及叶绿体基因组序列，共同构建椴树属系统进化关系，另外采用SSR标记完成南京椴群落及居群分化历史的分析。研究结果表明：椴树属各物种间存在较大的遗传变异，其中依据种子的性状可将整属植物划分为三类，但同一类物种间性状存在交叉；椴树属存在二倍体、三倍体、四倍体、六倍体及八倍体物种，其中同一物种也存在多倍化的现象；南京椴转录组测序数据联合低拷贝基因数据集（COS和APVO SSC），筛选获得18个有效低/单拷贝基因；采用低/单拷贝基因结合叶绿体基因组学完成椴树属系统进化关系的构建；同时基于SSR序列的群体遗传多样性分析表明较为丰富的丰富的遗传多样性。群体数量的减少主要是生境条件的破坏及幼苗在群落内生境受限，死亡率高，更新能力差。南京椴群体间存在较为广泛的基因交流；加之采样范围的限制，居群间缺乏地理隔离；同时栽培历史的久远，难以确认遗传多样性较高的皇藏峪居群为南京椴居群分化中心。本项目的实施为推断椴树属系统发生关系及其现代格局形成的机制，为椴树属种间界定提供依据，同时为该属重要树种的开发和利用奠定基础。