世界水青冈属物种界定、系统发育和生物地理研究

基本信息
批准号:31770236
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:张志勇
学科分类:
依托单位:江西农业大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Jordi López-Pujol,寇一翾,范邓妹,雷抒情,王静,张丽,曾卫东
关键词:
水青冈属生物地理物种树物种界定系统发育重建
结项摘要

Beeches (Fagus L.) are one of the most important components of the temperate deciduous forests in the Northern Hemisphere. The genus includes ca. 13 species broadly distributed in three isolated regions: East Asia, Europe and West Asia, and North America. China, harboring five beech species, is the center of species diversity of the genus. Because Fagus has significant importance in ecological and biogeographical studies, this genus has received much attention from evolutionary botanists. However, the species status of several isolated populations (such as Fagus multivernis in South Korea) is questionable and whether some widespread beech species contain morphologically cryptic species remains open, possibly due to the morphological homogeneity within the genus. Further,because of a paucity of informative morphological traits, chloroplast haplotype sharing and intraindividual nrITS polymorphism, phylogenetic relationships among beech species are still equivocal. With regard to the species diversity of China, there are two competing hypotheses: out-of-China scenario and northern hemispheric ancestor scenario, however, these hypotheses have not been statistically tested.. In this project, we plan to conduct comprehensive population sampling across the Northern Hemisphere, including all putative beech species. Ten to fifteen nuclear loci will be sequenced for all population samples of Fagus as well as some outgroup individuals within Fagaceae. Then, under the unified species concept of de Queiroz (2007) and multi-species coalescent framework, we will determine the species boundaries of all candidate species using two species delimitation methods, BPP and spedeSTEM. The species tree of the genus will be reconstructed by means of *BEAST and BEST. The biogeographical history of Fagus will be first inferred by dispersal-vicariance analysis (DIVA) and then two competing biogeographical hypotheses (out-of-China scenario and northern hemispheric ancestor scenario) will be statistically evaluated using approximate Bayesian computation simulation. When the species tree is available and the species boundaries are determined, we will establish a new taxonomic system of this important genus. We believe that the results of this project would not only resolve the taxonomic, phylogenetic and biogeographical problems of the beeches, but also provide new insights into the formation of China's relict Tertiary flora.

水青冈属是系统植物学家长期关注的类群。然而,该类群存在狭域种的物种地位不明、广布种可能存在形态学隐性种、属下系统发育关系混乱以及两个竞争的生物地理学假说尚未得以验证等问题。本研究拟通过北半球范围的群体采样,运用多个体-多基因位点(10–15个核基因)的策略,采用基于多物种溯祖模型的物种界定方法(BPP和spedeSTEM)对水青冈物种的界限予以界定;采用两种物种树构建方法(*BEAST和BEST)重建水青冈属的物种树;基于新的物种树,采用迁移-隔离分化分析方法(DIVA)重新分析水青冈属生物地理格局;采用ABC模拟检验两个相互竞争的生物地理假说(out-of-China scenario与northern hemispheric ancestor scenario)。本研究不仅可以解决水青冈属长期存在的系统学和生物地理学问题,同时有助于增进对中国第三纪孑遗植物区系形成的认识。

项目摘要

水青冈属是壳斗科一个小属,广布于北半球湿润地区,是北半球温带森林中最典型的木本植物类群之一,具有极为重要的生态、经济和研究价值。然而,该属物种的界限不清、前人的系统发育关系存在严重冲突、存在两种不同的生物地理历史假说。本项目针对这些问题,在北半球范围内开展野外调查,获得所有已知水青冈属物种的群体样品,采用28个核基因和全基因组重测序等手段,采用不同系统发育分析方法和生物地理分析方法,重建了水青冈属系统发育关系、确定了水青冈属包括11个物种,明确了水青冈属为北半球高纬度起源,确认了中中新世以后全球气候变凉是水青冈属物种形成的主要驱动因子。我们还明确了钱氏水青冈不是一个真实存在的物种。在此基础上,还对水青冈亚属内存在的系统发育冲突以及两个水青冈姐妹种(长柄水青冈和亮叶水青冈)的物种形成历史进行了探讨,发现水青冈亚属内存在多次古杂交事件,长柄水青冈和亮叶水青冈是晚中新世异域物种形成的结果,两者现代分布区重叠是第四纪气候变化导致分布区变迁的结果。本研究结果较好地解决了水青冈属长期存在的系统学问题,同时还提出了新的科学问题并进行了初步研究。本研究成果极大地提高了水青冈属的进化生物学研究水平,为水青冈属植物资源利用、物种保护、生态学研究提供了重要的理论基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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