摘要: 马先蒿属(PedicularisL.)是温带被子植物的最大的属之一，属于双子叶纲玄参科，主要分布于北半球高山和高纬度地区，共有600-800种，属内物种的花冠形态变异极其多样。横断山区是该属的现代分布中心和多样性中心，分布有300余种马先蒿属植物。斗叶组（... 展开 马先蒿属(PedicularisL.)是温带被子植物的最大的属之一，属于双子叶纲玄参科，主要分布于北半球高山和高纬度地区，共有600-800种，属内物种的花冠形态变异极其多样。横断山区是该属的现代分布中心和多样性中心，分布有300余种马先蒿属植物。斗叶组（sect.Cyathophora H.L.Li）是马先蒿属中少数几个得到分子证据支持的单系组之一，为横断山区所特有，并在该地区发生了近期的辐射式分化。斗叶组独特的形态特征吸引了很多研究者的关注，使其成为研究马先蒿属物种分化和形成的模式类群，但是该组的物种划分和种间关系仍存在较大争议。新一代测序技术和生物信息学的快速发展极大地促进了谱系基因组学研究，为揭示辐射式分化类群的种间关系提供了契机。本研究首先通过多群体和多个体取样，对来自叶绿体和核基因组的多个基因进行系统发育分析，为斗叶组的物种划分提供依据，并结合分子钟估算结果探讨该组的物种形成问题。进而，我们以斗叶组为例，探讨RNA-seq在近期辐射分化类群系统发育关系重建中的应用。 1.斗叶组的物种划分研究 我们选择了斗叶组5个物种30个群体61个个体，利用三个单/低拷贝核基因(CRC、LFY-L和LFY-S)、多拷贝的nrDNA ITS和两个叶绿体基因片段（matK和ycfl），构建斗叶组的系统发育关系，并分别估算马先蒿属和斗叶组的分化时间。结果表明:虽然不同基因构建的系统发育树的拓扑结构相互冲突，但是华丽马先蒿（P.superba）、斗叶马先蒿（P.cyathophylla）和拟斗叶马先蒿（P.cyathophylloides）基本上都形成了物种特有的分支;除了CRC基因树中斗叶马先蒿形成并系结构外，叶绿体基因树中拟斗叶马先蒿的4个个体镶嵌在斗叶马先蒿分支中;灌丛马先蒿（P.thamnophila）和大王马先蒿（P.rex）共同形成一个强烈支持的分支，但除了在LFY-S基因树中二者形成支持率较低的姐妹关系外，在其余所有的基因树中灌丛马先蒿的个体都散布在大王马先蒿的分支中。因此，综合分子、形态和地理分布等证据，我们建议把灌丛马先蒿重新归并入大王马先蒿。根据形态性状，大王马先蒿可分为原亚种（subsp.rex）、立氏亚种（subsp.lipskyana）、重新归入的灌丛亚种（subsp.thamnophila）和新命名的拟灌丛亚种（subsp.pseudothamnophila），但这4个亚种的划分未得到分子证据的支持。分子钟分析结果表明青藏高原的隆升及其带来的气候变化可能促进了斗叶组的物种分化。此外，对nrDNA ITS的克隆测序结果表明该片段在斗叶组物种内和基因组内存在广泛的多态性，其在该类群的种间关系重建中应慎用。 2.RNA-seq在斗叶组系统发育研究中的应用 我们选择斗叶组所有4个物种（其中大王马先蒿含4个亚种）和两个外类群一共9个个体，利用Illumina Hiseq平台对其花器官进行转录组测序。然后，从转录组中搜索得到一系列受不同选择压力(不同大小范围的Ka/Ks)的直系同源基因簇和一部分高度保守的单/低拷贝核基因，根据拷贝数和受选择压力的不同将这些基因组合成5组数据，分别用来重建斗叶组的系统发育关系，进而还探讨了斗叶组的物种关系重建需要的基因数。结果表明:5组数据揭示的斗叶组种间关系完全一致，大王马先蒿的四个亚种形成一支，另外三个物种形成一支，其中华丽马先蒿和斗叶马先蒿为一对姐妹种;无论是高度保守的基因还是受正选择的基因，都可用于系统发育重建，并且当联合的基因数目达到20个时，就足以分辨斗叶组的两个分支及其4个物种间的关系。结合以往的研究，本研究推测分辨分化时间为1个百万年的类群间关系大约需要55-75个简约信息位点。此外，基于重建的可靠的系统发育树，本研究还显示短花冠管、上唇具喙和半球形蜜腺是斗叶组的祖先状态。 收起