环南海区域线柱苣苔属物种分化历史与长距离扩散格局

The South China Sea is surrounded by numerous islands and the Indo-China Peninsula, forming a relatively isolated circular geography unit. This area, which can be named as “Circum-South-China-Sea Region” (C-SCS), locates near the tropical Asia and is the interacted region for monsoons. The strong wind, complex island history and the overwhelming limestone landscapes made C-SCS as a biodiversity hotspot and may acts as a bridge for the long-distance dispersal of tropical plants. In this proposed project, the species-rich genus Rhynchotechum (Gesneriaceae), which is distributes mainly in C-SCS and contains many island-endemic species, will be studied using restriction-site associated DNA sequencing (RADseq) to determine the species’s phylogenetic relationship and spread history in C-SCS. The project try to solve three key issues, (1) the molecular phylogenetic relationships and speciation history of the genus; (2) the route(s) and direction(s) of long-distance dispersal in C-SCS and main geographic or environmental factors such as monsoon and plate movement affecting these processes; (3) the possible roles of C-SCS in the long-distance spread, especially the northward dispersal of tropical plants in tropical and subtropical Asia, which is helpful to explore the origin and evolution of tropical biodiversity in South China. The project will reveal the evolution and adaptation of tropical plants in the island-dominant region around South China Sea and explain the mechanisms underlying the formation and maintenance of biodiversity hotspots near the South China Sea from both historical events reconstruction and current ecological studies.

中国南海周边的岛屿、中南半岛及我国大陆南部形成了一个相对独立的环状地理单元。这个“环南海区域”地质历史复杂、季风与台风交汇、物种迁移频繁，深刻影响着亚洲热带植物多样性的形成过程与演化趋势。苦苣苔科线柱苣苔属(Rhynchotechum)共约16个种，集中分布在环南海区域，并在多个岛上分布有狭域特有种。本项目拟利用现代简化基因组测序技术(RADseq)与分子生物地理学方法，研究(1)线柱苣苔属物种分子系统发育关系与分化历史；(2)线柱苣苔属在环南海区域的物种迁移路线及主要环境因素如岛屿与海陆变迁、季风、鸟对浆果传播作用等的影响；(3)环南海区域在亚洲热带植物长距离扩散过程中的作用。本项目将以线柱苣苔属为例，揭示亚洲热带植物在环南海区域的物种多样性形成历史与迁移格局，解释环南海区域及邻近地区生物多样性热点地区的形成与维持机制，深化认识我国热带植物的来源及其演化趋势。

以线柱苣苔属等苦苣苔科物种分化历史和物种适应与演化机制为例，研究了环南海区域热带植物的长距离扩散历史与物种适应分化规律，以全面认识环南海区域在亚洲热带植物向北迁移中的作用以及我国热带植物多样性与临近地区植物区系的联系。研究内容主要包括三个方面：(1)线柱苣苔属的分子系统发育关系与物种形成历史；(2)线柱苣苔属在环南海区域的迁移路线及主要影响因素；(3)环南海区域在亚洲热带植物长距离扩散过程中的作用。.结果发现：.(1) 基于简化基因组测序(ddRAD)研究表明，整个线柱苣苔属有种间杂交和基因渐渗现象，同一物种不同地理种群分化明显，海岛隔离作用促进了物种形成和种群分化。线柱苣苔祖先类群可能形成于青藏高原，然后分别向印度区域、中南半岛、我国南部和东南部扩散。.(2) 通过对间断分布于中国大陆、台湾岛和日本的东亚孑遗植物苦苣苔11个种群进行简化基因组测序(ddRAD)研究发现，三个区域种群遗传分化极大，基因流有限，隔离作用占主导。同时，三个区域种群在不同时期经历了不同程度的扩张与收缩，且中国大陆和日本支系存在明显的生态位分化。.(3) 根据最新的苦苣苔科分类系统，确定了亚洲苦苣苔科的物种多样性“热点区域”与可能的历史迁移路线；利用核基因ITS和叶绿体基因trnL-trnF重建广义马铃苣苔属的分子系统发现，该属可分为两个支系：一个支系分布于中国西南部、一个支系分布于中国南部与东南部区域；结合分子生物学与形态学研究证实了，河流和高山的隔离作用可能是海南岛马铃苣苔属种群具有显著遗传分化和谱系地理结构的主要原因，并发现并公开报道2个新种：迎春花马铃苣苔、海南马铃苣苔。.(4) 通过系统梳理了苦苣苔科镜像花的类型多样性、系统分布及演化规律发现，镜像花仅分布在苦苣苔亚科7个属，在历史上至少发生了5次独立起源；同时，发现我国特有的长冠苣苔一种新型的镜像花，并解释了圆唇苣苔属花柱侧偏弯折现象以及传粉适应机制。..科学意义：.本项目围绕环南海区域，利用线柱苣苔属等苦苣苔科植物，较好解释了环南海区域及邻近地区生物多样性热点地区的形成与维持机制，深化认识我国热带植物的来源及其演化趋势，对苦苣苔科重要野生花卉资源的引种与选育具有积极指导意义。