珍稀濒危植物马蹄参的亲缘地理学和分子系统学研究

Diplopanx stachyanthus, a rare species distributed across southern China will be investigated in this study. We aimed at addressing the questions on the formation of the genetic spatial patterns of the Diplopanx populations, and examining the phylogenetic relationship between taxa from Araliaceae and Cornaceae. The molecular population genetics approaches will by employed as described below. The coding and nonecoding genes including nrDNA, ITS, rbcL, trnL-F and trnS-G from the nuclear or chloroplast will be sequenced, to represent the genetic variation and genetic divergence among populations. The nucleotide polymorpholism and haplotype diversity, will be used in the phylogenetic infernces and divergence time estimation. This will not only help to clarify the phylogenetic relationship between the members from Araliaceae and Cornaceae, especially for the woody species, but also could shed light on the origin of the genera Diplopanx by integrating the molecular evidence and the information from morphology and distributional patterns. Our study will provide theoretical basis for conservation and sustainable exploitment, and additionally, for the conservation and recover of the genetic resources of the plants.

以濒危植物马蹄参（Diplopanax stachyanthus Hand. - Mazz.）为研究对象，通过测定核DNA和叶绿体DNA非编码区序列，以基因谱系方法研究其种群的遗传变异水平、遗传变异的分配状况和分化程度，探讨种群系统地理格局形成机制、系统发育关系和现有分布特征。根据核苷酸多样性、单倍型多样性和系统发育关系推测进化事件发生的时间。为保护和可持续利用该植物提供理论依据，为该植物遗传资源的保护和恢复提供基础资料。另外，由于该属植物系统位置存在争议，因此本项目拟筛选合适的序列，如nrDNA ITS、rbcL、trnL-F和trnS-G等，来分析五加科和山茱萸科植物尤其是木本植物的系统发育关系，期望借助分子系统学证据探讨马蹄参属植物的系统位置，同时结合形态和地理分布讨论该分类群的起源与系统演化关系。

以马蹄参天然种群为研究对象，通过测定叶绿体DNA非编码区序列对其谱系地理学展开研究，结果表明，三个叶绿体序列共检测到16种单倍型，单倍型H7为祖先单倍型，为YBS（元宝山）和HP（花坪）居群共享，其余15个都为私有单倍型，总的遗传多样性(HT)和居群内平均遗传多样性(HS)都较高(HT = 0.963, HS = 0.653)。分子变异分析(AMOVA)结果表明马蹄参的遗传变异主要位于组间，存在显著的谱系地理结构(GST = 0.768, NST = 0.964, NST>GST, P < 0.05)和较低的居群间基因流(Nm = 0.05)，遗传距离与地理距离没有显著的相关性。单倍型系统进化树和网络图具有相似的拓扑结构，16种单倍型可聚为东部，中部及西部三支，分化时间位于上新世和更新世。Bayesian skyline plots结果表明马蹄参有效群体减小的时间大约在30,000年前。根据马蹄参单倍型多样性、单倍型谱系结构特征和分化时间，推测其在亚热带地区存在多个冰期避难所。生境片段化和新生代以来的气候变化是影响马蹄参遗传变异及现今分布格局的主要因素。另外，由于马蹄参的系统位置存在争议，我们结合nrDNA和cpDNA目的基因对马蹄参进行分子系统学的研究，结果表明：ITS、trnL-trnF、matK和atpB-rbcL序列排列后的总长度分别为736 bp、1105 bp、973 bp和1448 bp，变异位点数分别为135、384、192和130，其中信息位点数分别为84、214、172和74。马蹄参无论在核基因（ITS）还是叶绿体基因（trnL-trnF、matK和atpB-rbcL）的联合分析中，都显示与广义山茱萸科植物聚在了一个分支，此分支的支持率分别为84%、86%。在核基因和叶绿体基因的联合系统树中也得到相似的结果，都表明马蹄参与单室茱萸属、珙桐、喜树和蓝果树有较近的亲缘关系。本研究支持将马蹄参置于广义山茱萸科的观点。