双盖蕨属（蹄盖蕨科）的系统发育和物种多样性分化研究

The pantropically distributed Diplazium represents a highly diverse genus belonging to the lady-fern family Athyriaceae in eupolypod II ferns. The phylogeny and classification of Diplazium have not been completely resolved because of the complicated morphological variations, insufficient samples and molecular markers in phylogenetic analyses. Despite recent progress based on multilocus phylogenetic studies of this enigmatic genus, uncertainty remains in the deep phylogenetic relationships among major clades due to possible ancient rapid radiation and substitution rate heterogeneity. In seed plants, it is well documented that such radiation is correlated with morphological innovations and ecological opportunities, whereas the mechanism of diversification in ferns is still poorly understood. In this study, we will sequence the completed chloroplast genome based on the next generation sequencing technology, develop suitable single- or low-copy nuclear markers, and apply morphological evidence, molecular systematics, dating and diversification analyses with the aims: (1) to resolve the deep phylogenetic framework of Diplazium; (2) to investigate the spatial and temporal diversification of Diplazium, and the mechanisms of rapid radiation in the context of climatic and geological oscillations throughout the Cenozoic. Our results will not only gain better understanding of the evolutionary history of Diplazium and even the diversification of leptosporangiates, but also provide new insights for the conservation and maintenance of the globe fern diversity.

蹄盖蕨科双盖蕨属是薄囊蕨真水龙骨类II中少数系统关系还不清楚的疑难类群之一。该属植物呈泛热带分布，形态变异复杂，其内部的分支以及近缘物种之间由于快速辐射分化和进化速率异质性的影响，系统发育关系一直存在争议，澄清该属的系统学问题将对理解真蕨类完整的系统演化和多样化形成具有重要的意义。本立项拟在前期工作的基础上，利用叶绿体全基因组和单（低）拷贝核基因，结合形态学、分子系统学的分析方法，构建双盖蕨属的、在各主要分支和近缘类群间均有较高分辨的系统发育框架；在此基础上，采用分子钟估算和多样化分析，探讨该属植物形态创新和生态位分化与多样化速率转变在时空上的相关性，揭示其物种多样性的形成和分化机制。本项目的实施，不仅将增进我们对双盖蕨属以及整个真蕨类植物系统发育关系的理解，而且为全球气候变化下热带蕨类植物物种多样化的保护和维持提供理论依据。

蹄盖蕨科双盖蕨属是薄囊蕨真水龙骨类II中少数系统关系还不清楚的疑难类群之一。该属植物呈泛热带分布，形态变异复杂，其内部的分支以及近缘物种之间由于快速辐射分化和进化速率异质性的影响，系统发育关系一直存在争议，澄清该属的系统学问题将对理解真蕨类完整的系统演化和多样化形成具有重要的意义。本立项在前期工作的基础上，利用叶绿体全基因组数据，结合形态学、分子系统学的分析方法，有效的克服了快速辐射分化所导致的分辨率不足的问题，构建了双盖蕨属的、在各主要分支和近缘类群间均有较高分辨的系统发育框架，同时基于基因组数据揭示出不同基因间的系统发育冲突信号是造成双盖蕨属系统学问题一直难于解决的主要原因；在此基础上，通过筛选高变分子标记，增加其姐妹类群蹄盖蕨属的取样，对双盖蕨属进行了分子钟估算和多样化的对比分析，表明双盖蕨属的多样化差异主要体现在不同海拔和纬度梯度上物种分化速率的差异，同时多倍化机制则是双盖蕨属和蹄盖蕨属维持较高物种多样性的主要因素。本项目的实施，不仅将增进我们对双盖蕨属以及整个真蕨类植物系统发育关系的理解，而且为全球气候变化下热带蕨类植物物种多样化的保护和维持提供理论依据。