花椒属植物分子系统发育及生物地理研究

Zanthoxylum L. is a genus of Rustaceae with about 250 species ,which is distributed in North America and East Asia. Chinese prickly ash is an important economic trees with rich wild germplasm resources. However, the basic research of Zanthoxylum has long been weak, and the interspecific and intraspecific relationships need to be further resolved. This project intends to use the 2b-RAD simplified genome sequencing data and the maternal genetic cpDNA gene fragment that two sets of genetic markers from the genome level to select all representative species of the Zanthoxylum distribution area and the four species of the relative genera as the outgroups, analyzing the phylogenetic relationship of the species level of Zanthoxylum. Combined with fossil records, inferred the diversified time frame and ancestral distribution of species within the genus Zanthoxylum, and analyzed the biogeographic history of the diversity distribution pattern. The results provide theoretical support for the protection of wild germplasm resources and the future breeding of prickly ash, and also have important theoretical and practical value.

花椒属（芸香科）约有250个种，分布于北美和东亚地区，野生种质资源丰富，是我国重要的经济林木。然而，长期以来花椒属植物的基础研究十分薄弱，种间和种内关系尚待进一步解析。本项目拟利用2b-RAD简化基因组测序数据和叶绿体基因片段两套遗传标记，选取花椒属植物主要分布区的代表性物种以及用作外类群的4个近缘属物种，重建花椒属种级水平的系统发育关系。同时结合化石记录，推断花椒属内物种多样化的时间框架和祖先分布区，分析其多样性分布格局形成的生物地理历史。研究结果为花椒野生种质资源保护和未来花椒育种工作提供理论支撑，具有重要的理论和应用价值。

构建反映进化历史关系的生命之树是进化生物学各项研究的基础。花椒属物种具有重要经济和生态价值，在长期的驯化历史中形成了大量的种及品种资源类型。然而，在系统分类上花椒属种间亲缘关系尚不清楚。本项目选取花椒属代表种及变种，包括外类群共43种，开展了基因组测序，组装了核基因和叶绿体基因组序列。基于两套独立数据矩阵分别构建了花椒属种级水平的系统进化树，利用ML/MP/BI三种方法构建的系统进化树都强烈支持（100/100/1）花椒属为单系类群，中国花椒属物种进一步分为两个亚分支，除两面针及其变种和异叶花椒及其变种外，其它物种与经典形态学分类结果一致；我们通过BEAST软件进行分歧时间计算，结果表明现存花椒属物种的最近祖先在第三纪中新世，大约在22.38Ma开始分化。结合前人研究及我们计算的分歧时间和祖先分布区重建结果分析，我们推断现存中国花椒可能起源于青藏高原，我国花椒属物种多样化可能受到青藏高原隆升、第四纪冰期和人类活动的影响，花椒物种在我国由西向东扩散，与原地分布区相隔离并各自独立成种，从而形成现代的花椒属物种多样化及分布格局。我们的研究结果为花椒种质资源的开发利用及品种改良奠定了基础，亦为我国花椒属物种在中国西南地区的青藏高原起源提供了科学依据。在项目的支持下，发表学术论文6篇，其中SCI5篇，授权PCT及国家发明专利3件。