葡萄科崖爬藤属的系统发育和多样化研究

A reliable phylogenetic framework and the accurate calibration of divergence time for each clade on the Tree of Life are foundations for the study of biogeography and diversification. Tetrastigma (Vitaceae) consists of ca. 95 species, which are extremely morphologically diverse. Many species of this genus are specially adapted to and dependent on the habitat in the tropical and subtropical forest and some are also quite sensitive to environment changes. We select such a group to study its phylogeny and diversification. Firstly, we will reconstruct the phylogenetic relationships of Tetrastigma with more extensive taxon sampling and more molecular markers on the basis of previous studies. To improve the accuracy of the phylogenetic analyses, we will apply strategies such as excluding evolutionary saturated sites, selecting the best-fit substitution models and partitioning schemes. With a robust phylogenetic framework, we will further investigate the spatial and temporal diversification of Tetrastigma and its response to the past changing environment. The study is significant for understanding the evolution and diversification of Tetrastigma, and will also provide insights for protecting the endangered species and guiding us to better use the economic resources.

可靠的系统发育框架和时间树是进行生物地理学和多样化研究最重要的基础。本项目选择形态变异复杂，对于热带和亚热带森林环境有特殊适应，且对生境依赖性强、对环境变化反应敏感的葡萄科崖爬藤属为研究对象，拟通过增加类群取样和补充测序，采取去除进化饱和位点、选取合理的进化模型和分区方案等措施，首先得到置信度高的系统发育树；然后在可靠系统发育树的基础上，结合时间估算、形态性状演化分析、生物地理重建和多样化分析等手段，探讨崖爬藤属植物的时空格局及其对环境变化的响应。本项目的实施，不仅有助于深入理解崖爬藤属植物的进化历史和多样化，而且可为濒危物种的保护以及人类更加合理高效地利用经济物种提供借鉴和参考。

探讨生物多样性的进化历史和机制是生物学研究领域的基本科学问题。葡萄科崖爬藤属植物形态变异复杂，对热带和亚热带森林环境有着特殊适应，且对生境依赖性强、对环境变化敏感，是研究生物多样性动态及适应机制的理想类群。本项目通过增加类群和基因取样，采取去除进化饱和位点、选取合理的进化模型和分区方案等方法，重建了崖爬藤属稳定的系统发育关系；在此基础上，结合时间估算、形态性状演化分析、生物地理重建和多样化分析等方法，探讨了崖爬藤属植物的时空演化格局及其多样性的动态变化规律。主要研究成果包括：（1）利用10个叶绿体片段重建了崖爬藤属稳定的系统发育关系，结果支持崖爬藤属形成六个大的分支，且各大支间的关系得到了较好分辨；（2）对崖爬藤属植物20多个形态性状的进化式样进行了研究，强调习性、卷须分支式样、花序结构、浆果形状以及种子形态对崖爬藤属下分类的重要性；（3）揭示了崖爬藤属于始新世早期起源于东亚，之后由东亚多次扩散至印度、马来西亚地区和澳大利亚等地区；（4）以葡萄科为例，探讨了基因树冲突的原因和机制，尤其讨论了分区分析、模型选择、数据缺失等因素对系统发育重建的影响；（5）发现葡萄科一新属、若干新种和新记录。在本项目资助下已发表SCI论文10篇，研究结果得到同行的认可和好评，最高单篇引用12次。