红景天属三裂红景天组的物种形成和分化研究

The heterogeneous distribution of the world’s biodiversity is a well-known phenomenon that can be observed between adjacent ecoregions or biomes. To understand how such a pattern arose has been a major focus of ecological and biogeographic studies. The Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) is one of such biodiversity hotspot which harbored more than 9000 vascular plants. Although rapid radiation has been documented in various groups including Rhodiola in this area, the link between burst of speciation and complex geology, geography, climate change are not well understood. Recent studies have shown that Rhodiola has underwent rapid radiation triggered by intense uplift of the QTP, thus provided us an ideal model to explore what process has promoted the rapid speciation in the QTP area. This project will focus on Rhodiola Sect. Trifida, a monophyletic group that demonstrate extraordinary morphological and habitat diversity. Through morphological observation and analysis, geo-cytology and multi-locus population genetic analysis, we aim to unravel the process and mechanism of speciation of R. Sect. Trifida, and to provide evidence for understanding origin of biodiversity of the QTP area.

全球生物多样性的不均匀分布及其原因是进化生物学研究中的核心问题。青藏高原及其邻近地区是全球生物多样性热点地区之一，生长着超过9000种维管植物，其丰富生物多样性的起源备受关注。以往的研究报道了一些包括红景天属在内的类群在该地区发生了快速辐射演化，但这种物种的快速分化与该地区复杂的地质、地理和气候变化的联系尚不完全明确。红景天属三裂红景天组物种为青藏高原及其邻近地区特有，其形态和生境分化较大，且在系统发育上构成单系类群。因此三裂红景天组是研究青藏高原地区快速辐射物种形成过程和机制的理想材料。本研究拟选取三裂红景天组为研究对象，利用形态学、细胞地理学和多位点的居群遗传学研究阐明三裂红景天组物种形成和分化的过程及机制，为青藏高原地区生物多样性的起源提供科学依据。

高生物多样性地区物种形成的过程和机制是进化生物学研究中的重要问题。青藏高原及其邻近地区是全球生物多样性热点地区之一，其丰富生物多样性的起源备受关注。以往研究发现，大量类群伴随着其快速隆升发生了快速辐射分化，但这种物种的快速分化与该地区复杂的地质、地理和气候变化的联系尚不完全明确。景天科（Crassulaceae）红景天属的三裂红景天组﹝Rhodiola Sect. Trifida（Frod.）S. H. Fu﹞为青藏高原特有，尽管该组植物在系统发育上构成单系类群，但该组植物丰富的表型变异、组内各物种的生境多样化等因素导致组内物种界定一直存在争议。该组植物的起源和演化与青藏高原地区复杂的地质和气候波动的联系尚不明确。本研究在广泛取样的基础上（46个居群总共590个个体），首先利用谱系地理学的方法推断该组植物的演化历史，然后综合利用形态学、基于多个分子片段的系统发育以及生态学证据对该组植物进行物种界定，并对重新界定后物种的形成机制进行探讨。主要结果和结论如下：1）使用三个叶绿体片段（trnL-F、psbA-trnH、trnS-G）以及ITS序列对该组植物的演化历史进行了分析，结果发现青藏高原的快速隆升可能催生了该组植物的起源和分化。ITS序列和叶绿体DNA中都存在大量的特有单倍型（只存在于一个居群），并且这些单倍型均匀散布在该组的分布范围内，表明该组植物冰期时在青藏高原以及横断山脉地区存在多个避难所；2）在演化历史研究的基础上，通过测量14个形态学性状，然后联合6个分子标记使用基于溯祖模型对形态学物种界定假设进行检验，最后结合生态位模拟对该组植物的物种界限重新界定，发现昆明红景天和裂叶红景天在形态、遗传和生态位上均与其他类群发生了分化；圣地红景天、菊叶红景天、卵萼红景天和菊叶红景天应该归并为菊叶红景天；互生红景天的系统发育位置还有待进一步的确定。本研究验证了青藏高原地区地质事件和第四纪气候震荡对该区植物的影响，并对该组植物进行了重新的物种界定，为青藏高原地区生物多样性的形成过程和机制提供了证据。